智能視力保護系統設計與制作

沈陽工學院 肖鍵 鄭昊 陳玉玲

1 引言

在現階段，經濟發展迅速，網絡、電視高速發展，很多培訓機構都采用網絡教學，網絡教學內容豐富多彩，視頻、動畫、圖片、文字等多姿多彩，都需要用到眼睛，對視力有非常大影響，造成很多青少年近視，對大部分的孩子身心影響巨大，尤其是在中小學青少年成長和發育的關鍵期，學生缺少自我保護意識，雖有家長和老師的監督，但效果不夠明顯，不良的閱讀、寫字習慣一旦形成，青少年早早戴上眼鏡，對青少年的生活會有一定的影響。

學生近視在現階段已成為一個非常嚴重的問題。國家有些部門對一些職業有明確的視力要求，青少年一旦出現近視，即使花再多的錢醫治，想恢復原來視力的可能性也是非常低的。一些專家研究發現，造成青少年近視的最重要因素讀書寫字姿勢不正確。國家教委規定：學生在讀寫時，應在一定亮度下，眼睛離讀物一尺，身離書桌一拳[1]。在如今學習中，青少年課業壓力非常大，學習看書時間非常多，有一個智能視力的提醒裝置便顯得越來越重要。因此本次課題研究主要是針對如何能夠提醒和監督青少年用眼健康，端正坐姿，時刻提醒青少年養成良好的讀寫習慣，有效防止出現駝背、脊椎彎曲、近視等情況，從而保護青少年的身心健康。

基于實驗室現有硬件設備，致力于研究多功能視力保護裝置設計與制作，主要研究分為硬件設計與制作、軟件設計、硬件與軟件綜合調試幾個部分[2]。

2 系統硬件電路設計與制作

結合實際，硬件設計主要由超聲波檢測與測距電路設計、光線檢測與報警設計、定時報警電路設計、按鍵電路設計、聲光警示電路,顯示電路等組成，系統的硬件電路原理框圖如圖1所示。

圖1 硬件原理框圖

測距原理利用I/O口TRIG觸發脈沖測距，發出10us的高電平觸發信號，檢測模塊自動發送8個40kHz的方波，自動檢測是否有信號返回到系統，當有信號返回時，通過I/O口輸出高電平，采集到高電平的持續時間就是超聲波從發送到返回的時間[3]。測試距離公式1所示：d=公式中d為檢測距離；v為聲速340m/s；t檢測的高電平持續時間。

設計電路時，當檢測的距離小于設定的數值時，觸發信號檢測后，電路出現聲光報警、語音播報、LCD模塊顯示距離，從而提醒和警示學生調整角度，端正坐姿，適當休息，保護視力。

光線檢測報警設計時，利用光敏電阻特性，當光敏電阻控制電路檢測條件滿足時發出脈沖，該脈沖作用于單片機的I/O，通過檢測I/O是否為高電平持續時間，利用中斷控制，給出滿足報警條件的脈沖，再由電路發出警示語音，及時調整光線，由此達到保護青少年視力的目的[4]。

打開電源，電路工作中，光敏電阻與超聲波測距同時工作，當光線較暗，青少年眼睛與桌面距離小于設定的規定距離時，都會觸發語音報警，語音報警提示會發出“請注意保護視力”的警示語音。該音頻的錄入來自本項目的成員。電路原理圖如圖2所示。

圖2 電路原理圖

電路原理圖中核心模塊為STC89C52單片機，J1模塊為ISD語音播報系統，通過軟件設計可以錄制真人語音，實現語音播報，J3、J4模塊為超聲波收發模塊，J3模塊與單片機的P1.7相連，J4模塊與單片機的P2.2，P2.3相連，實現超聲波測距功能。電路中設置了按鍵模塊，K1按鍵與單片機的P3.4口相連，實現功能選擇，K2按鍵與單片機的P3.5相連，實現“加”功能設置，K3按鍵與單片機的P3.6相連，實現“減”功能設置，K4按鍵與單片機的P3.7相連，實現復原功能。電路中設置的LCD顯示，語音報警，聲光顯示功能，通過設計與制作，硬件已完成，基本功能已經實現。主要用到的設備清單如表1所示。

表1 智能視力保護系統設計硬件清單

圖3 系統的主流程

3 系統軟件設計與調試

程序設計采用模塊化設計，規劃出超聲檢測子程序、光線檢測子程序、語音報警子程序等設計。該系統的主體流程圖如圖3所示。

系統開始后，首先初始化，然后進行超聲波測距與光線檢測，當檢測擦好過視力保護閾值時，系統發出聲光報警，并發生語音播報提醒，系統周而復始循環進行。超聲波測距程序段為

4 結語

智能視力保護系統主要由超聲波測距與光線檢測裝置組成，通過設定測試距離，實踐制作并調試，設定距離為10～40厘米可調，當已選擇10厘米報警時，身體與超聲波測距距離小于10厘米時報警，同時語音模塊開啟，并播報“請注意保護視力”。當外部光線較暗時，光敏模塊工作，光敏電阻的報警閾值設定為472，光線較暗時，蜂鳴器報警，語音模塊工作。智能視力保護系統電路簡單可行、測試方便、經濟實惠。硬件制作中還存在不足，需要進一步改進測距精度。