智能兒童視力測(cè)試儀

吳家耿　林劍萍　余振超

摘要：為方便家長(zhǎng)定期、自主檢測(cè)兒童視力，實(shí)現(xiàn)兒童眼疾早期發(fā)現(xiàn)、早期預(yù)防和治療，以STM32F103ZET6作為主控制器，結(jié)合TFT真彩屏、NRF24L01無(wú)線傳輸模塊、LD3320語(yǔ)音模塊，設(shè)計(jì)了一智能兒童視力測(cè)試儀。該測(cè)試儀可通過(guò)按鍵或語(yǔ)音輸入來(lái)判斷屏幕上閃出的視標(biāo)開(kāi)口方向，以達(dá)到測(cè)試的目的。測(cè)試結(jié)果通過(guò)串口傳至上位機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)、打印，以便對(duì)視力變化情況進(jìn)行查詢、分析。同時(shí)，測(cè)試過(guò)程還可以以答題的方式進(jìn)行，具有一定的趣味性。通過(guò)測(cè)試驗(yàn)證，該測(cè)試儀使用方便、測(cè)試準(zhǔn)確，在一定程度上可以起到預(yù)防近視的作用。

關(guān)鍵詞：視力測(cè)試儀；STM32；NRF24L01；LD3320

中圖分類號(hào)：R197.39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）01-0157-02

1 引言

目前我們采用的主要是國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)視力表和繆天容創(chuàng)立的對(duì)數(shù)視力表[1]。此種測(cè)試方法所需要的設(shè)備比較簡(jiǎn)單，容易操作，但受光線、指示棒干擾，測(cè)試質(zhì)量較差。后期逐漸出現(xiàn)利用紅外原理進(jìn)行屈光度的檢查，并且可以自動(dòng)的顯示，度數(shù)也可打印出來(lái)[2]。這種方式大大的提高了效率，操作簡(jiǎn)單，速度快，但是檢查的準(zhǔn)確性確是受大眾爭(zhēng)議的一點(diǎn)。后期市場(chǎng)上又逐步出現(xiàn)了視網(wǎng)膜電圖、人眼相差干涉儀、自動(dòng)驗(yàn)光儀法等產(chǎn)品，這幾種方法要么價(jià)格昂貴，要么操作不方便，要么只針對(duì)于小眾群體，不具有推廣性。針對(duì)這種狀況，設(shè)計(jì)了一款集便利性、趣味性、準(zhǔn)確性為一體的視力測(cè)試儀，解決了目前兒童視力測(cè)試上的缺陷，在一定程度上可以起到預(yù)防近視的作用，達(dá)到保護(hù)眼睛的效果。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)是采用STM32F103ZET6作為主控制器，NRF24L01無(wú)線傳輸模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)遙控操作，測(cè)試結(jié)果在顯示屏上顯示，并通過(guò)語(yǔ)音模塊進(jìn)行播報(bào)，同時(shí)可通過(guò)串口傳至上位機(jī)進(jìn)行打印或存儲(chǔ)以供查詢。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

2.1 主控模塊

STM32F103ZET6是一款基于ARM的微型控制器，最高工作頻率是72MHz。它工作電壓在2-3.6V，功耗低，體積小，具有睡眠、停機(jī)和待機(jī)的模式。豐富的外設(shè)資源，包括了2個(gè)I2C接口，可支持SMBUS以及PMBUS，5個(gè)USART接口，3個(gè)速度可達(dá)18M位/S的SPI接口，其中2個(gè)可復(fù)用為I2S。支持CAN通信，10/100以太網(wǎng)MAC，支持MII和RMII。

測(cè)試時(shí)，主控模塊主要是控制屏幕按從大到小的順序，隨機(jī)閃出不同開(kāi)口的視標(biāo)，根據(jù)NRF24L01傳來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，從而執(zhí)行不同的動(dòng)作。

2.2 TFT彩屏顯示模塊

采用3.5寸TFT彩屏作為顯示面板，液晶顯示器上的每一液晶像素點(diǎn)都是由集成在它的后面的薄膜晶體管來(lái)驅(qū)動(dòng)[3]。因此顯示的亮度、刷新的速度都明顯優(yōu)于其他的方案。同時(shí)畫(huà)面的品質(zhì)也十分清晰。TFT彩屏主要是用來(lái)顯示當(dāng)前的時(shí)間，以及測(cè)試用的E視標(biāo)、測(cè)試結(jié)果等。

2.3 NRF24L01無(wú)線傳輸模塊

NRF24L01是一款低功耗，抗干擾強(qiáng)、穩(wěn)定性好，傳輸速度快的一款無(wú)線傳輸芯片，工作的頻段是2.4-2.5GHZ，最大的數(shù)據(jù)傳輸速度達(dá)到了10Mb/s[4]。支持多點(diǎn)通信，最小功耗為900nA，內(nèi)部具有CRC校驗(yàn)以及穩(wěn)壓電路，保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。通過(guò)NRF24L01將按鍵信息或語(yǔ)音指令從手持端傳送到顯示端，顯示端對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而作出下一步的執(zhí)行判斷，最終確定測(cè)試者的視力，因此對(duì)于無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性具有比較高的要求。

2.4 語(yǔ)音模塊

在本系統(tǒng)中，語(yǔ)音模塊采用的是ICRoute公司的LD3320，該芯片內(nèi)部有專用的AD/DA轉(zhuǎn)換芯片，麥克風(fēng)的接口以及聲音的輸出接口等，無(wú)需任何外接緩存，可以直接實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別/聲控/人機(jī)對(duì)話功能[5]。LD3320采用的是并行方式與STM32F1O3ZET6進(jìn)行連接，工作電壓是3.3V。系統(tǒng)可以通過(guò)語(yǔ)音輸入代替按鍵，且測(cè)試結(jié)果可語(yǔ)音播報(bào)。

3 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

3.1 下位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)

下位機(jī)是由手持端（發(fā)送端）和顯示處理端（接收端）構(gòu)成。發(fā)送端主要實(shí)現(xiàn)按鍵輸入、語(yǔ)音識(shí)別功能，接收端接收發(fā)送端的數(shù)據(jù)并解析，實(shí)現(xiàn)TFT真彩屏測(cè)試視標(biāo)、結(jié)果顯示，時(shí)間顯示，語(yǔ)音播放等功能。數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)NRF24L01來(lái)完成的。下位機(jī)數(shù)據(jù)發(fā)送端主程序流程圖如圖2所示，數(shù)據(jù)接收端主程序流程圖如圖3所示，語(yǔ)音識(shí)別主程序流程圖如圖4所示。

3.2 上位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)界面的設(shè)計(jì)，通過(guò)VC 6.0中的MFC來(lái)完成。數(shù)據(jù)存放在本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，在程序中通過(guò)創(chuàng)建MySQL句柄來(lái)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，從而操作數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)來(lái)完成保存、刪除、查詢功能。根據(jù)C++語(yǔ)言知識(shí)完成背景音樂(lè)、打印預(yù)覽、繪制折線圖功能。上位機(jī)主界面如圖5所示。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)測(cè)試表明，該基于STM32的智能視力測(cè)試儀設(shè)計(jì)合理，可實(shí)現(xiàn)視力的自動(dòng)測(cè)試功能，具有一定的趣味性，特別適用于兒童的視力測(cè)試，且測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確。系統(tǒng)成本較低，攜帶方便，特別適用于家庭自主使用，一定程度上可幫助家長(zhǎng)預(yù)防兒童近視。

參考文獻(xiàn)

[1]邱杰，覃斌毅.基于MCS-51單片機(jī)的視力測(cè)試儀設(shè)計(jì)[J].玉林師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，14（02）：81.

[2]魏保立，李秀玲.基于STM32的多功能視力測(cè)試儀制作[J].電子制作.2013，12（08）：19-22.

[3]馬建寧，蔣紅兵.新型視力自動(dòng)測(cè)試儀的研制[J].現(xiàn)代醫(yī)學(xué)儀器與應(yīng)用.1999，11（04）：18-25.

[4]曾勇，楊濤，馮月暉.基于NRF24L01的超低功耗無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2008，34（7）：45-48.

[5]陳喜春.基于LD3320語(yǔ)音識(shí)別專用芯片實(shí)現(xiàn)的語(yǔ)音控制[J].電子技術(shù)，2011，38（11）：20-21.