多功能視力保護儀的設計

孫佰順++武傳佳++陳旭東

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.14.176

摘 要：近視越來越成為社會關注的話題，小學生近視眼發病率為26.96%，中學生為53.43%，高中生為72.8%，大學生為77.95%。針對以上問題，設計了一款多功能視力保護儀，來緩解這種情況的繼續發生，其主要功能包括紅外測距、光線感知和系統定時。其中紅外測距與光線感知模塊由相應的傳感器構成，系統定時由所選單片機完成。此設計是為幫助使用者維持正確的學習姿勢與選擇合適的燈光條件，如果被檢測的內容與設置值不符，電路將有相應的聲光提示，提醒使用者注意用眼衛生。

關鍵詞：紅外 光線 視力保護

中圖分類號：A61 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）05（b）-0176-02

社會的高速發展，使大批新興的電子產品陸續問世，給人們生活增添便捷的同時，也帶來許多負面因素。依據國家統計局近日一項調查報告顯示，我國學生視力相對低下的現狀令人擔憂。小學生近視比例為35%～60%，初中生為68%，重點高中生為92%左右，在校大學生視力合格者更少。最新調查報告顯示，現在全世界近視人群中，中國占首位，而且每年都在增加。現在國內外都在致力于視力保護儀的研究，但更多的是側重原因的研究，而當下沒有一款真正的視力保護儀器。基于此，才產生要設計這款多功能視力保護儀的想法，使得學生在平時的學習中養成良好的學習習慣，減少近視的發病率。

1 硬件設計

本設計的硬件電路主要包括STC89C51、LM393、紅外光電傳感器、蜂鳴器。外圍電路包括光電檢測電路、測距電路、顯示電路、報警電路等。各個電路系統相互協作，共同構成完成視力保護的功能。本文設計的多功能視力保護儀，只需單片機發送和接收簡單控制信號即可完成相應的功能。在設計中運用按鍵接低電平有效的方式，當按下按鍵時，相當于對單片機輸入一個低電平，然后單片機再完成對輸入信號的相應處理以實現相應的功能。對距離的測量，選擇紅外光電測距傳感器，它是將被測量量的變化通過內部調節轉換成對光信號的變化，再利用光電元件將光信號轉變成電信號，采用數碼管將測量的距離實時顯示出來。采用光電檢測電路完成對學習環境光線強弱的測定，經三極管輸出電平的高低信號發送到單片機的P2.6引腳，通過信號的處理，單片機調用相應的程序，執行一定的功能。

2 軟件設計

本系統的程序采用模塊化設計，模塊化的程序設計思想是將復雜的程序語言劃分到不同的單元中，每個單元中執行不同的功能。主程序通過調用模塊來實現這個模塊的功能。

程序的模塊化提高了程序的可讀性與可移植性，同時也易于程序的后期調試和維護。整個軟件設計由報警模塊、顯示模塊、按鍵模塊構成。主程序通過調用這些模塊即可實現視力保護。程序流程是根據程序設計的思路繪制的圖形，好的程序流程圖可以很好地詮釋設計的整個過程。該設計主程序的是完成單片機各端口工作方式的設置、系統的初始化、設定系統報警范圍、完成對距離與光線數據的處理、顯示及驅動蜂鳴器實現報警等。主程序流程圖如圖2所示。

單片機完成加載程序并正常運行，對時間、光照強度、距離進行測量，然后根據測量結果做出相應的指令，發出報警信號。在整個電路的總體設計中，當電路系統開始工作后，首先對電路中的各個值進行初始化設置。隨后對學習環境的光照強度的大小進行判定，光線與設定值相比較，過強或者過弱時，電路將會有聲光提示。如果達到給定初始值設置標準，電路將對定時系統進行判定，如果系統運行時間達到初始設置值45 min時，則報警，若未達到，電路將繼續工作，直到達到初始標準。通過紅外光電傳感器完成學習者與書本或電腦的距離測量，如果測得距離小于25 cm，則報警，若測得距離大于25 cm，則返回重新進行光照強度的判定。當檢測到電路按鍵再次按下時，新一輪的工作流程開始，如此往復，完成整個設計的所有功能。因為程序流程圖無法體現“同時”的概念，所以對電路中測距、感光、定時等的判定排列沒有固定的順序。

3 結語

該文設計了一套多功能的視力保護儀，該保護儀以單片機為控制核心，通過紅外檢測電路實時檢測學習人員與書本的距離，利用設計光敏檢測電路檢測學習環境的燈光的強弱，使用按鍵電路設置學習時間，并通過報警電路對學習時間、燈光強弱、書本距離超標進行實時報警。該設計的程序設計采用模塊化程序設計，把整個系統分成幾個功能模塊進行編程，使得程序整體結構明確，思路清晰。通過各種性能測試與總體調試，基本符合最初設計的標準，實現了紅外測距、光線感知和系統定時等功能，并通過燈光閃爍與蜂鳴器報警提醒使用者，使其注意用眼衛生。本設計不僅可以有效防止青少年近視，也可為后期開發出更高質量的視力保護儀器提供可靠和有效的信息依據與數據源。

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