智能视力保护器的研究与设计

摘 要：目前，青少年视力低下已成为国内外共同关心的问题。资料显示，我国小学生视力低下率为26.96%，初中生53.43%，高中生72.8%，大学生77.95%。特别是调查显示50%以上的学生及家长缺乏视力保健最基本的科普知识，不懂得不提前预防和及时治疗近视的危害性，因而有41.6%视力低下的学生并未采取任何矫正措施，又缺专业机构的治疗。基于以上原因，本论文提出了智能红外视力保护仪的设计思路。

关键词：智能红外；视力保护；cpld

引言

智能红外视力保护仪主要包含测距、感光和定时三大功能。其中测距和感光模块由相应功能的传感器构成，能实现对使用者距离与周围光线强弱的检测和报警功能。处理模块由epm240t100cpld运行程序构成，能实现对学习时间进行定时并通过报警来提示时间已到的功能。总体上讲，本设计的这三个功能能同时生效，并通过报警灯闪烁和蜂鸣器报警的方式提醒使用者注意用眼卫生。

本文通过实践证明该视力保护器可行且可靠性很好，使用方便。本文期望通过该电子硬件的制作和理论的研究，能为后期进一步设计多功能视力保护器并采取合理措施提高视力保护的有效性提供可靠和有效的数据源和信息依据[1]。

1 系统硬件电路构成

以按键模块、复位模块、测距模块、显示模块、报警模块、max ii系列的cpld为核心处理器等构成一款智能视力保护仪设计。其中cpld芯片选用较为普遍的max ii系列的cpld，红外测距选用利用光电反射的，红外测距尾部有个电位器可以调节感应距离（0～80cm），当距离小于调节设定的距离时小灯快速闪烁同时蜂鸣器响提示，当光线过强或过弱时，也会提示；数码管显示时间，当时间到45分钟时，数码管和小灯闪烁，蜂鸣器滴滴提示，此时按下按键即可休息，防止过度伤身；当休息回来时，再按下按键此时系统又重新开始工作。设计利用红外测距传感器实在对距离的测量，比超声波测距更加可靠准确、健康安全。该设计中的距离以及光照参数范

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基于单片机的多功能视力保护器设计

作者：***

来源：《科技与创新》2019年第10期

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摘要：设计的多功能视力保护器具有的功能为当用户的脸部或者身体与桌面的距离小于等于33 cm时，保护器中蜂鸣器发出提示音;当工作或学习环境的光照度不足时，保护器也将发龙源期刊网

出测光报警提示;当工作、学习时间大于等于40 min时，保护器将提醒用户注意休息。经过多次反复测试，保护器电路设计可靠，各项功能都可以准确实现，帮助学生达到了国家教委的要求，即学生在读写时，应在一定亮度下，眼离读物一尺，身离书桌一拳。

关键词：视力保护器;声光报警;距离检测;青少年

中图分类号：TH77

文献标识码：A

DOI：10. 15913/ki.kj ycx.2019.10.021

近年来，随着学生课业量的加重，越来越多的青少年患有近视。为了降低青少年的近视率，本文设计了一种具有超声波距离检测功能的视力保护器。

1 视力保护器硬件结构框图

本文所设计的智能视力保护器主要由五部分构成：主控模块、超声波距离检测模块、蜂鸣器报警电路、光线强度检测电路。系统结构如图1所示。

2 视力保护器硬件设计

2.1 HC-RS04超声波距离检测模块设计

HC-RS04超声波测距模块共有4个引脚：VCC引脚（接电源）、TRIG引脚（触发信号输入）、ECHO引脚（回响信号输出）、GND引脚（接地），实物如图2。首先连接超声波模块的电源引脚和接地引脚，然后给触发信号的输入引脚输入一个长为20 us的高电平方波，这时模块就会自动发出8个40 kHz声波，与此同时Echo（回波引脚）端的电平会由O变为1，然后超生波就会返回，从而被模块接收到，回波引脚端的信号将会由1变为O，定时器计数停止，定时器记下时间是超声波从发射到返回的总时间，最后根据以下公式计算出所测的距离：测试距离=[高电平时间×声速（ 340 m/s） ]/2。

电子技术 • Electronic Technology

120 •电子技术与软件工程󰀡󰀡

Electronic Technology & Software Engineering【关键词】单片机 超声波 视力保护

1 引言由于学习压力以及视屏终端逐渐进入我们的日常生活中，造成视力下降出现低龄化趋势。目前，青少年视力低下已成为了国内外共同关注问题。资料显示，我国小学生视力低下率为26.96%，初中生为53.43%，高中生为72.8%，大学生为77.95%。其中大多数学生和家长缺乏视力保护基本知识。根据国家有关规定：学生在读书写字时，环境的亮度要适当，眼离书本要保持一尺远的距离，身离书桌要保持一拳远的距离。但实际中，这些往往都被忽视。因此，有必要设计一款多功能视力保护器进行防范。从而纠正人们读写时的不良姿势与习惯。避免给人们的身心带来伤害。尤其对学生群体而言。综上所述，该系统将实现以下功能：当学生头部与桌面的距离小于规定距离时,电路将发出警报，学生要及时纠正坐姿。当前读写环境光线亮度不足时,电路将发出警报，提示学生要改变当前光线强度。当使用时间达到规定时间时,电路将发出警报,提醒学生注意休息。并且该电路测光报警的灵敏度可调。做出实物功能基本可以实现。2 系统总体结构设计本系统采用的核心控制单元是STC89C52单片机,通过光敏电阻采集光线信号，通过AD将光线强度等级化，通过设置报警等级来确定光照不足时报警，通过超声波测距传感器基于STC89C52的多功能视力保护器设计文/赵颖 何英昊本文设计了一种基于STC89C52的多功能视力保护器。设计以STC89C52为核心，通过控制传感器报警电路、光线强度报警电路及定时报警电路等实现对使用者不良坐姿的提醒，从而达到保护视力的作用。实测结果表明，系统能够很好的实现其视力保护的功能。摘 要测出使用者头部到桌面距离，当小于规定距离时发出警报。利用单片机内部定时器计时功能，当使用时间达到规定时间时，电路发出警报,提醒使用者注意用眼。系统总体设计框图如图1所示。3 系统硬件部分设计3.1 光照强度检测模块光照强度检测采用光敏电阻，当光线发生变化时，光敏电阻阻值也随之改变，分得的电压也随之不同。通过AD采集后便得到不同光照强度下的电压值，从而设定出适当的光线强度报警值。电路如图2所示。3.2 报警提示模块报警提示电路是由一个9012型PNP三极管、两个2K限流电阻以及一个蜂鸣器和一个LED灯组成，电路如图3所示。当光线检测、超声波距离检测发生异常、单片机的定时器达到设定时间时，当三极管的基极电压比发射极电压低0.7V时，三极管导通，蜂鸣器和LED有电流流过，发出报警，提示学生注意用眼。3.3 坐姿检测模块坐姿检测模块主要是完成头部与桌面距离的测量功能，因此采用现成的HC-RS04超声波模块实现。该模块可提供2cm-400cm 的非接触式距离感测功能，其测距精度可达到 3mm。3.4 显示模块显示模块由LCD1602液晶进行显示，它可以显示两行，每行16个字符。LCD1602显示清晰，显示内容丰富、信息量大，使用方便，显示快速。在本系统中用来显示当前学习时间、光线强度以及头部与桌面的距离。3.5 按键电路系统采用4个按键实现报警值等参数的设定，如图4所示。其中，S2键为开始键，按下后，系统开始工作。S3为暂停键，S4为恢复工作键。当暂停键按下之后即使光线强度和头部到桌面的距离超过设定值也不会发生报警。

物联网技术在视力保护领域的应用

摘要：根据历次进行的全国中小学生体质调查的结果显示，中小学生近视眼比率一直上

升。近视会给学生的生活和学习带来很多不方便，而且会严重影响他们自信心和将来的职业

选择，这已经成为非常严重社会问题。所以，对于中小学生近视的预防和培养学生良好的学习习惯变得尤为重要。研究物联网技术在视力保护领域的应用，就显得十分重要且意义重大。

本文提出了一种基于物联网的视力保护器。首先，分析中小学生如何进行视力保护，在

此基础之上提出设计需求，然后据此选定系统需要的主要模块，进行电路设计，完成系统电路图的绘制。在硬件上采用了单片机作为电路的核心，并在核心硬件上再加上以超声波模块

为主体的距离报警电路、由光敏电阻和ADC0832芯片组成的光线强度报警电路及报警电路。

在软件上，使用C语言编程产生脉冲的方法实现对硬件的调用。通过软件和硬件的结合使系统在坐姿调整，光线条件，学习时间长短三个方面对学生的视力进行有效的保护，同时促进

学生养成正确的学习习惯。

关键词：单片机；定时器；超声波；视力保护；ADC0832

The Internet of things technology in the application in the field

of vision protection

Abstract: according to all previous national primary and middle school students physical

investigation, according to the results of primary and middle school students myopia rate has been

rising. Myopia will bring students' life and learning a lot of inconvenience, and will severely affect their self-confidence and career options in the future, this has become a very serious social