多功能視力保護(hù)儀的設(shè)計(jì)

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(huì)關(guān)注的話題，小學(xué)生近視眼發(fā)病率為26.96%，中學(xué)生為53.43%，高中生為72.8%，大學(xué)生為77.95%。針對(duì)以上問題，設(shè)計(jì)了一款多功能視力保護(hù)儀，來緩解這種情況的繼續(xù)發(fā)生，其主要功能包括紅外測距、光線感知和系統(tǒng)定時(shí)。其中紅外測距與光線感知模塊由相應(yīng)的傳感器構(gòu)成，系統(tǒng)定時(shí)由所選單片機(jī)完成。此設(shè)計(jì)是為幫助使用者維持正確的學(xué)習(xí)姿勢與選擇合適的燈光條件，如果被檢測的內(nèi)容與設(shè)置值不符，電路將有相應(yīng)的聲光提示，提醒使用者注意用眼衛(wèi)生。

關(guān)鍵詞：紅外 光線 視力保護(hù)

中圖分類號(hào)：A61 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）05（b）-0176-02

社會(huì)的高速發(fā)展，使大批新興的電子產(chǎn)品陸續(xù)問世，給人們生活增添便捷的同時(shí)，也帶來許多負(fù)面因素。依據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局近日一項(xiàng)調(diào)查報(bào)告顯示，我國學(xué)生視力相對(duì)低下的現(xiàn)狀令人擔(dān)憂。小學(xué)生近視比例為35%～60%，初中生為68%，重點(diǎn)高中生為92%左右，在校大學(xué)生視力合格者更少。最新調(diào)查報(bào)告顯示，現(xiàn)在全世界近視人群中，中國占首位，而且每年都在增加。現(xiàn)在國內(nèi)外都在致力于視力保護(hù)儀的研究，但更多的是側(cè)重原因的研究，而當(dāng)下沒有一款真正的視力保護(hù)儀器。基于此，才產(chǎn)生要設(shè)計(jì)這款多功能視力保護(hù)儀的想法，使得學(xué)生在平時(shí)的學(xué)習(xí)中養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，減少近視的發(fā)病率。

1 硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)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(bào)警電路等。各個(gè)電路系統(tǒng)相互協(xié)作，共同構(gòu)成完成視力保護(hù)的功能。本文設(shè)計(jì)的多功能視力保護(hù)儀，只需單片機(jī)發(fā)送和接收簡單控制信號(hào)即可完成相應(yīng)的功能。在設(shè)計(jì)中運(yùn)用按鍵接低電平有效的方式，當(dāng)按下按鍵時(shí)，相當(dāng)于對(duì)單片機(jī)輸入一個(gè)低電平，然后單片機(jī)再完成對(duì)輸入信號(hào)的相應(yīng)處理以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。對(duì)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(nèi)部調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換成對(duì)光信號(hào)的變化，再利用光電元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，采用數(shù)碼管將測量的距離實(shí)時(shí)顯示出來。采用光電檢測電路完成對(duì)學(xué)習(xí)環(huán)境光線強(qiáng)弱的測定，經(jīng)三極管輸出電平的高低信號(hào)發(fā)送到單片機(jī)的P2.6引腳，通過信號(hào)的處理，單片機(jī)調(diào)用相應(yīng)的程序，執(zhí)行一定的功能。

2 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的程序采用模塊化設(shè)計(jì)，模塊化的程序設(shè)計(jì)思想是將復(fù)雜的程序語言劃分到不同的單元中，每個(gè)單元中執(zhí)行不同的功能。主程序通過調(diào)用模塊來實(shí)現(xiàn)這個(gè)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(shí)也易于程序的后期調(diào)試和維護(hù)。整個(gè)軟件設(shè)計(jì)由報(bào)警模塊、顯示模塊、按鍵模塊構(gòu)成。主程序通過調(diào)用這些模塊即可實(shí)現(xiàn)視力保護(hù)。程序流程是根據(jù)程序設(shè)計(jì)的思路繪制的圖形，好的程序流程圖可以很好地詮釋設(shè)計(jì)的整個(gè)過程。該設(shè)計(jì)主程序的是完成單片機(jī)各端口工作方式的設(shè)置、系統(tǒng)的初始化、設(shè)定系統(tǒng)報(bào)警范圍、完成對(duì)距離與光線數(shù)據(jù)的處理、顯示及驅(qū)動(dòng)蜂鳴器實(shí)現(xiàn)報(bào)警等。主程序流程圖如圖2所示。

單片機(jī)完成加載程序并正常運(yùn)行，對(duì)時(shí)間、光照強(qiáng)度、距離進(jìn)行測量，然后根據(jù)測量結(jié)果做出相應(yīng)的指令，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。在整個(gè)電路的總體設(shè)計(jì)中，當(dāng)電路系統(tǒng)開始工作后，首先對(duì)電路中的各個(gè)值進(jìn)行初始化設(shè)置。隨后對(duì)學(xué)習(xí)環(huán)境的光照強(qiáng)度的大小進(jìn)行判定，光線與設(shè)定值相比較，過強(qiáng)或者過弱時(shí)，電路將會(huì)有聲光提示。如果達(dá)到給定初始值設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)，電路將對(duì)定時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行判定，如果系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間達(dá)到初始設(shè)置值45 min時(shí)，則報(bào)警，若未達(dá)到，電路將繼續(xù)工作，直到達(dá)到初始標(biāo)準(zhǔn)。通過紅外光電傳感器完成學(xué)習(xí)者與書本或電腦的距離測量，如果測得距離小于25 cm，則報(bào)警，若測得距離大于25 cm，則返回重新進(jìn)行光照強(qiáng)度的判定。當(dāng)檢測到電路按鍵再次按下時(shí)，新一輪的工作流程開始，如此往復(fù)，完成整個(gè)設(shè)計(jì)的所有功能。因?yàn)槌绦蛄鞒虉D無法體現(xiàn)“同時(shí)”的概念，所以對(duì)電路中測距、感光、定時(shí)等的判定排列沒有固定的順序。

3 結(jié)語

該文設(shè)計(jì)了一套多功能的視力保護(hù)儀，該保護(hù)儀以單片機(jī)為控制核心，通過紅外檢測電路實(shí)時(shí)檢測學(xué)習(xí)人員與書本的距離，利用設(shè)計(jì)光敏檢測電路檢測學(xué)習(xí)環(huán)境的燈光的強(qiáng)弱，使用按鍵電路設(shè)置學(xué)習(xí)時(shí)間，并通過報(bào)警電路對(duì)學(xué)習(xí)時(shí)間、燈光強(qiáng)弱、書本距離超標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警。該設(shè)計(jì)的程序設(shè)計(jì)采用模塊化程序設(shè)計(jì)，把整個(gè)系統(tǒng)分成幾個(gè)功能模塊進(jìn)行編程，使得程序整體結(jié)構(gòu)明確，思路清晰。通過各種性能測試與總體調(diào)試，基本符合最初設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了紅外測距、光線感知和系統(tǒng)定時(shí)等功能，并通過燈光閃爍與蜂鳴器報(bào)警提醒使用者，使其注意用眼衛(wèi)生。本設(shè)計(jì)不僅可以有效防止青少年近視，也可為后期開發(fā)出更高質(zhì)量的視力保護(hù)儀器提供可靠和有效的信息依據(jù)與數(shù)據(jù)源。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉姝，蘇杭.產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的人性化設(shè)計(jì)[J].藝術(shù)與設(shè)計(jì)， 2009，11（6）：54-56.

[2] 凌繼堯.工業(yè)設(shè)計(jì)概念的衍變[J].南京藝術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)， 2009，13（3）：716-717.

[3] 張毅剛，彭喜元，彭宇.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].2版.北京：高等教育出版社，2010.

[4] 于艷，顧桓.MCS-51單片機(jī)和PC機(jī)間的串口通信[J].科技技術(shù)與工程，2007，7（8）：1786-1789.