基于單片機的視力保護儀設計

趙星，肖東岳

（南陽理工學院電子與電氣工程學院，河南南陽，473004）

0 引言

青少年近視成為社會的一個普遍現象。因而，需要有一個視力保護裝置，來提醒人們注意用眼習慣。現如今市場上的視力保護儀產品功效比較單一，而且使用不方便。本文利用單片機設計一款使用方便、具有多重選擇功能的視力保護儀來保護學生視力。

1 總體方案設計

該設計以單片機為中心,利用光敏電阻感應光線強度，經過A/D 轉換芯片將感應到的光強度值進行等級劃化；利用超聲波模塊與單片機之間的中斷；通過單片機自身所帶的定時器對學習時間進行計時；通過顯示屏顯示各模塊參數；通過按鍵進行功能選擇系統總體的設計方框圖如圖1 所示。

圖1 系統總體方案框圖

2 系統各單元硬件設計

2.1 單片機選型

單片機作為該設計的中心模塊，其作用在于完成系統的主動報警和語音提示功能，解決超聲波模塊檢測到的距離信息，將光敏電阻檢測到的光線信號作以處理。本系統選用性價比較高的STC89C52 單片機作為整個設計系統的核心。

2.2 光強度檢測模塊

系統中采用光敏電阻對光信號進行采集，光線的強弱能直觀的體現在光敏電阻的阻值變化上，間接反映在體現了光敏電阻兩端電壓值的變化上，而后經過單片機控制的A/D模數轉換芯片對光敏電阻兩端的電壓信號進行采集，將其轉換后通過顯示屏顯示出光照強度大小。ADC0832 是可以同時進行讀和寫的A/D 轉換芯片，轉換速度快且穩定性能強，可以適應一般的模擬量轉換要求。該系統采用光敏電阻串聯一個色環電阻，其作用是為了限流電阻，防止光敏電阻的阻值變化時造成電壓波動。

2.3 超聲波測距模塊

該裝置需要測量人臉和桌面的距離以此來確定坐姿，當間隔低于設定值時就會發出語音提醒。超聲波因為方向性強，而且在空間中傳播的距離比較遠，因而選用超聲波進行距離檢測。HC-SRO4 超聲波模塊是一款非接觸式距離檢測模塊,其性能穩定，可以檢測2cm 到450cm 的間隔，測量精度非常高。

2.4 語音提示模塊

語音提示模塊具有語音播報提示功能：當視力保護器與人體距離小于設置距離時語音播報“距離近了，請坐直”，當光強度值小于設置光強度值時語音播報“光線暗了，調亮些”，當學習時間達到設定值時語音播報“時間到了，休息一會兒”。WT588D 是一款具有單片機內核的語音芯片，具有音質較好，控制靈活的特點，更增加了可播放MIDI 和弦功能，性能更好。揚聲器將檢測到的電信號轉化為聲音信號的一款元器件，通過揚聲器與語音芯片的連接，將聲音傳播出來。

2.5 顯示模塊

LCD1602 液晶顯示屏能夠同時顯示32 個字符，字跡清晰，比較方便，且容易控制，成本較低。因此，本設計用LCD1602 液晶進行顯示所需數據。

2.6 按鍵電路

系統采用4 個按鍵來設定參數，S2 鍵按下開始學習，當S2 鍵按下時S3 鍵按下可中止學習或者當S5 鍵按下時按其可以調節參數減少，當S3 鍵按下時可按S4 鍵繼續學習或者當按下S5 鍵時調節參數增加,S5 設置鍵，用以設置光照強度報警值和人與桌面距離的報警值。

3 系統各單元軟件設計

3.1 主程序設計

圖2 主程序設計流程圖

程序執行時，首先將數據初始化，然后按照各個模塊所能實現的具體功能進行各個子程序的設計，最后依次將設計的子程序合并入主程序當中，這樣編程邏輯清晰，防止出現問題，無從下手。系統主程序設計流程圖如圖2 所示。

3.2 光照檢測程序

本設計通過光線變化而使光敏電阻電阻值產生變化，從而得出光敏電阻兩端電壓值通過ADC0832 模數轉換器，將檢測到的模擬量電壓值換算成數字信號輸出給STC89C52。判斷當前環境下的光強度值是否符合經換算后設置的光強度值，若檢測值低于設置值將發出語音提示，提醒使用者調整光照強度，從而愛護眼睛。其程序流程圖如圖3 所示。

圖3 光照檢測電路流程圖

3.3 超聲波測距程序

系統開始工作并對超聲波測距模塊進行程序初始化，然后利用超聲波發射的時間以及信號返回的時間差計算檢測距離。如若檢測到使用者與桌面的間距小于15cm，則發出語音提示“距離近了，請坐直”，提醒使用者注意與桌面的距離，坐直身體。如果沒有檢測到超聲波返回信號，則表示此次測距不成功，返回程序，繼續發射超聲波信號，進行距離測量。超聲波測距子程序流程圖如圖4 所示。

圖4 超聲波測距流程圖

3.4 定時程序

定時子程序是對學生的學習時間進行定時，在使用定時器之前必須對其進行初始化編程操作。單片機定時器的初始化在主函數進行，編程需要以下幾個步驟：

第1 步：設置TMOD。本設計使用的是定時器T1，而且選取工作模式1 進行工作定時，因此TMOD=0x11；

第2 步：設置定時器的計數初值。TH1=0xD8,TL1=0xF0；

第3 步：設置TCON。啟動定時器，TR1=0；

第4 步：設置中斷允許寄存器IE。EA=1,ET1=1。

定時程序流程圖如圖5 所示。

4 系統調試

把用keil4 編寫好的程序下載燒錄到到單片機后，對系統進行通電測試。

圖5 定時子程序流程圖

按下系統開始工作鍵，即電路板上的第一個按鍵，系統開始進行工作。當檢測到與桌面距離過近時或光照強度值為30%或計時結束，系統均能發出提醒語音。

5 結論

本文以STC89C52 單片機為處理器設計一款視力保護儀。該儀器不僅可以提醒用戶調整坐姿；而且可以感應光線強弱，讓用戶在合適的光線下進行學習；液晶顯示屏顯示各模塊參數，讓用戶更加直觀的了解參數，方便進行調整。本設計尚存在一定的不足需要解決，比如：視力保護器可以通過藍牙模塊與手機進行連接，便于家長的監督等等。