基于超聲波的智能護(hù)眼燈設(shè)計

王鵬涵，周麗紅

(江蘇電子信息職業(yè)學(xué)院，江蘇 淮安 223003)

0 引言

近年來，中國青少年視力不良問題突出，近視率一直呈上升趨勢，據(jù)教育部基礎(chǔ)教育質(zhì)量監(jiān)測中心調(diào)查發(fā)現(xiàn)，有很多學(xué)生小學(xué)四年級就開始出現(xiàn)近視問題。由于學(xué)業(yè)的加重、電子產(chǎn)品的普及發(fā)展以及其他因素造成了我國青少年視力的整體情況不容樂觀。為此，筆者專門研發(fā)了一款防止學(xué)生坐姿不正、改善學(xué)習(xí)環(huán)境光線不足、學(xué)習(xí)時間過長及糾正坐姿的護(hù)眼燈控制器，可對防止學(xué)生出現(xiàn)視力問題提供有益幫助。

1 智能護(hù)眼燈控制器方案設(shè)計

本項目以單片機(jī)為控制核心，由環(huán)境光檢測電路采集光線信號，通過人體熱釋電傳感器檢測是否有人走近。如果有人走近且光線不足則自動開啟護(hù)眼燈，無人時自動關(guān)閉護(hù)眼燈；當(dāng)坐在燈前學(xué)習(xí)時，利用超聲波測距模塊檢測人臉與桌面距離，距離低于設(shè)定參數(shù)時，發(fā)出語音或報警聲提醒；通過單片機(jī)內(nèi)部的定時器計時，當(dāng)使用時長達(dá)到設(shè)定參數(shù)時，自動發(fā)出語音提示，并可以通過停止鍵停止學(xué)習(xí)，也可以按繼續(xù)學(xué)習(xí)鍵繼續(xù)。本項目設(shè)計主要包括單片機(jī)控制器、超聲波測距、熱釋電傳感器檢測、環(huán)境光線檢測、學(xué)習(xí)時間定時報警及LCD液晶顯示等，系統(tǒng)設(shè)計總體方案如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體方案

2 硬件電路設(shè)計

硬件系統(tǒng)主要由單片機(jī)控制電路、人體紅外傳感器模塊、超聲波傳感器檢測模塊、自動報警電路及控制電路等組成，以下分別介紹各組成模塊電路及原理。

2.1 單片機(jī)控制模塊

本項目采用南通國芯微電子科技有限公司研發(fā)的STC8單片機(jī)作為核心控制器，這是一款高速、高可靠、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的8051單片機(jī)，工作電壓范圍為3.3 V～5.5 V，包含2 M字節(jié)片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)存儲器，1個時鐘/機(jī)器周期，增強(qiáng)型8051內(nèi)核。

2.2 人體熱釋電傳感器模塊電路

本項目采用的人體熱釋紅外傳感器為大透鏡BISS0001紅外人體傳感模塊，是基于紅外專用芯片BISS0001芯片設(shè)計的，最大的優(yōu)點是性能穩(wěn)定可靠，反應(yīng)靈敏。本模塊電路主要用于檢測是否有人在護(hù)眼燈附近，有人且外界光線較弱時，護(hù)眼燈自動點亮；人離開且忘記關(guān)燈，護(hù)眼燈自動關(guān)閉。人體感應(yīng)模塊與電源連接如圖2所示。

圖2 人體感應(yīng)模塊與電源連接

2.3 超聲波傳感器模塊電路

該模塊電路要與人體感應(yīng)模塊共同作用，糾正坐姿，提醒學(xué)習(xí)者保持視距，注意用眼健康。由于超聲波測距模塊對環(huán)境要求比較低，結(jié)合市場情況，本項目選擇的是HC-SR04模塊。超聲波測距模塊與控制核心芯片連接如圖3所示，超聲波測距模塊主要有接地、信號輸出端、輸入端和電源端4個管腳，信號輸入和輸出分別接單片機(jī)的端口，供電電源為直流5 V。

圖3 超聲波測距模塊與單片機(jī)連接

2.4 自動報警電路

當(dāng)超聲波傳感器檢測到使用者坐姿不正確時(身體低于檢測設(shè)定值)，將檢測反饋信號傳給單片機(jī)，單片機(jī)控制器控制報警電路發(fā)聲提示，使用者糾正坐姿后，電路停止提示，以此達(dá)到預(yù)防近視的效果。自動報警電路如圖4所示。

圖4 自動報警電路

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括護(hù)眼燈亮度調(diào)節(jié)、自動檢測坐姿流程。

3.1 自動調(diào)節(jié)護(hù)眼燈亮度

利用環(huán)境光檢測電路，單片機(jī)可以檢測當(dāng)前的光線亮度情況，從而調(diào)整護(hù)眼燈燈光的亮度，處理流程如圖5所示。

圖5 護(hù)眼燈燈光亮度處理流程

3.2 檢測坐姿流程

單片機(jī)檢測及報警流程如圖6所示。

圖6 護(hù)眼燈檢測流程

4 結(jié)語

護(hù)眼燈是一般家庭的生活必需品，目前國內(nèi)市場護(hù)眼燈的設(shè)計大多采用簡單的調(diào)光電路。本項目的護(hù)眼燈能自動調(diào)整燈亮度，自動檢測是否有人使用護(hù)眼燈，無人時自動關(guān)閉護(hù)眼燈，并能及時提醒用戶糾正坐姿，防止近視，具有較大的應(yīng)用推廣價值。