多功能视力保护器CAD课程设计

电子技术• Electronic Technology120 •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。

• 156•针对青少年在看书学习时存在的不良习惯，设计一种以STC89C52单片机为控制核心，具检测、测距、测温、参数设置、报警等多种功能的视力保护仪。

若光强在设置范围外、实测距离低于设置值或达到设置学习时间时，进行报警提示，及时纠正坐姿及进行视力保护。

本文详细介绍了设计方案、硬件设计及软件设计方法，并通过Proteus 与Keil 软件的仿真调试分析及系统的实物调试分析，表明系统达到设计要求。

随着社会的进步，青少年也越来越重视学习，学习的时间也不断增加。

但由于不规范的坐姿，长时间的用眼，光线条件不佳等因素，也导致了青少年的近视率越来越高。

如何规范青少年的学习姿势,保护视力，降低近视的发生率，已经成为亟待解决的问题。

本设计从青少年在学习中保护视力的角度出发，设计出一款具有感光检测、测距、测温、参数设置、报警提示等多种功能的视力保护仪，能实时监测使用者在看书学习的状态。

若出现坐姿不正，光线过暗或过亮，或看书时间过长等情况，立即进行报警提示，从而起到保护使用者视力的作用，此外还可具有显示环境温度等附加功能。

1 方案设计及硬件设计1.1 方案设计根据设计要求，得到系统原理框图如图1所示。

系统以ST-C89C52单片机为核心，整个系统主要由单片机最小系统、光线传感器电路、A/D 转换器电路、超声波测距电路、测温电路、参数设置电路、液晶显示屏、报警电路等构成。

软件部分采用C 语言模块化设计，系统采用循环检测模式来对光线强度、人脸部与桌面的距离、学习时间、环境温度等进行显示及报警提醒。

图1 系统原理框图1.2 光线强度检测电路设计本系统的光线强度采用光敏电阻来进行检测。

光敏电阻内部导电率会随光照强度而发生改变。

当光线强度变大时，导电率也随之变大，使电阻值变小，输出电压也将线性增大。

本电路中，采样到的电压值u=VCC ×LDR1/(R2+LDR1),经过AD 转换器ADC0832的CH0通道进行A/D 转换，转换结果经单片机读取后得到对应的电压值并进行处理。

工业技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald176社会的高速发展，使大批新兴的电子产品陆续问世，给人们生活增添便捷的同时，也带来许多负面因素。

依据国家统计局近日一项调查报告显示，我国学生视力相对低下的现状令人担忧。

小学生近视比例为35%～60%，初中生为68%，重点高中生为92%左右，在校大学生视力合格者更少。

最新调查报告显示，现在全世界近视人群中，中国占首位，而且每年都在增加。

现在国内外都在致力于视力保护仪的研究，但更多的是侧重原因的研究，而当下没有一款真正的视力保护仪器。

基于此，才产生要设计这款多功能视力保护仪的想法，使得学生在平时的学习中养成良好的学习习惯，减少近视的发病率。

1 硬件设计本设计的硬件电路主要包括S TC89C51、L M 393、红外光电传感器、蜂鸣器。

外围电路包括光电检测电路、测距电路、显示电路、报警电路等。

各个电路系统相互协作，共同构成完成视力保护的功能。

本文设计的多功能视力保护仪，只需单片机发送和接收简单控制信号即可完成相应的功能。

在设计中运用按键接低电平有效的方式，当按下按键时，相当于对单片机输入一个低电平，然后单片机再完成对输入信号的相应处理以实现相应的功能。

对距离的测量，选择红外光电测距传感器，它是将被测量量的变化通过内部调节转换成对光信号的变化，再利用光电元件将光信号转变成电信号，采用数码管将测量的距离实时显示出来。

采用光电检测电路完成对学习环境光线强弱的测定，经三极管输出电平的高低信号发送到单片机的P2.6引脚，通过信号的处理，单片机调用相应的程序，执行一定的功能。

2 软件设计本系统的程序采用模块化设计,模块化的程序设计思想是将复杂的程序语言划分到不同的单元中，每个单元中执行不同的功能。

主程序通过调用模块来实现这个模块的功能。

DOI：10.16660/ k i.1674-098X.2017.14.176多功能视力保护仪的设计孙佰顺1 武传佳2 陈旭东2（1 吉林医药学院 吉林吉林 132013；2 吉林市中心医院 吉林吉林 132013）摘　要：近视越来越成为社会关注的话题，小学生近视眼发病率为26.96%，中学生为53.43%，高中生为72.8%，大学生为77.95%。

《“真实的学习”-视力保护提醒器》课程设计一、设计目的为满足学生全面发展的个性需求，将学生引向深度学习，以学习方式的变革促进学生实践能力和创新精神的发展。

让同学们在真实的学习情境中，学习解决真实世界的问题，在完成真实世界任务的同时习得知识、获得技能，提升能力，丰富交往。

二、课程简介在学习过程中，学生长时间在暗光下用眼会对视力造成很大影响。

一种能够提示学生保护视力的装置在学生生活学习中就尤为重要。

本次项目作业主题基于我校七年级开展的创客课程——《趣味电路》，融合美术，3D打印、物理课程，将实际生活需要搬进课堂，制作自己喜欢样式的视力提醒器。

三、课程设计思路整个课程分为三个阶段：知识准备，项目实施和小组展示分享。

第一阶段：知识准备，制作小组分工方案。

以小组为单位学习相关趣味电路、物理知识，自制自动小夜灯。

第二阶段：项目实施。

依托美术、3D打印社团，学生设计视力提醒器外观。

利用3D软件，制作外观模型。

第三阶段：小组展示分享。

依据学生3D软件设计出的外观模型，学生自己动手制作手工模型。

教师依照小组进行激励打分，最后分组展示。

第一阶段：我校七年级学生课下确定小组分工方案第一阶段：小组分工方案学生趣味电路练习模型第一阶段：学生以小组为单位认真学习电子电路基本知识第一阶段：学生利用物理基本知识设计的自动小夜灯第二阶段：学生利用美术知识设计的视力保护提醒器外观以及利用3D 建模软件设计的海绵宝宝立体模型第二阶段：学生利用美术知识设计的“星辰”视力保护提醒器外观以及利用3D 建模软件设计的“星辰”立体模型第三阶段：教师划分小组，激励监督各小组设计进展第三阶段：小组为单位制作视力提醒器外观第三阶段：学生制作出的个性化提醒器外观及介绍第三阶段：经过老师筛选，学生们自己层层评比，评选出最佳团队奖小组 第三阶段：经过老师筛选，学生们自己层层评比，评选出最佳设计小组和最佳口才小组。

设计总说明科技进步使得电子产品种类以及使用范围增加、课业负担加重、户外运动减少，种种因素使得我国青少年普遍存在用眼过度、用眼疲劳等问题，使得青少年近视率逐年上升。

视力下降不仅对青少年的日常生活有影响，甚至会影响其身心健康，给青少年的生长发育带来负面影响。

日益严重的青少年视力问题是值得我们关注的。

而青少年保护自我视力意识较薄弱，自制力较差，所以需要一款人性化多功能外部设备来帮助青少年培养其拥有科学的用眼方法，保护青少年的视力不受损害。

在对视力保护仪设计的过程中，主要通过单片机进行相应的设计，选择其作为系统的主控模块，并采用光敏传感、超声波测距技术以及单片机内部定时器可实现测距、测光、计时等功能，同时增设温度传感模块将温度影响声波速度引起的距离测量误差考虑在其中。

软件设计部分主要利用C语言来进行编程，并且可以在线修改各个参数初始值来满足使用者不同需求。

通过使用LCD1602液晶显示屏将检测到的数值实时显示在屏幕上，使用者可以直观的看到其与视力保护仪距离、当前环境光照强度与温度以及剩余学习时间，可以在青少年学习时及时帮助纠正其不良学习习惯，防止用眼疲劳，保护青少年视力。

STC89C52单片机是一种高性能微处理器，速度快、集成化、稳定性高、安全性能好，具有很强的扩展性，可以通过科学的算法来实现强大的数据处理功能，并且能够在线编程，提高设备的智能化。

本次设计选取其为主控制模块，与其他模块相连，利用其强大的数据处理功能处理来自其他模块的信号，保证系统正常运行。

对于超声波测距技术而言，其主要通过超声波传递的特性，进而得知其传播的速度，当超声波在空气中传递时，碰到障碍物会出现反射，因此，通过超声波传递的时间以及超声波反射传递的时间，两者结合便能够计算出实际距离值。

具有非接触式距离感测、指向性性强、能量消耗缓慢等特点，在利用传感器技术和自动控制技术相结合的测距方案中得到普遍使用。

本次设计中超声波测距模块可以实时检测使用者头部与书桌距离，距离过近时报警电路则发出声光报警，及时纠正使用者的不良学习坐姿，保护其视力的同时对使用者的驼背预防也有一定作用。

石家庄铁道大学四方学院毕业设计多功能视力保护器Multifunctional Vision Protector2012 届电气工程系专业学号学生姓名指导教师孙克军完成日期 2012年 5 月 15 日毕业设计开题报告摘要目前，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，本论文提出了多功能视力保护器的设计思路。

多功能视力保护器主要包含测距、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。

定时模块由AT89S52单片机运行程序构成，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。

关键词：传感器测距定时AbstractAt present, the teenagers low vision has become a common concern at home and abroad and public health problems.Data shows that Chinese pupils poor eyesight rate was 26.96%, 53.43% in junior high school students, high school students 72.8%, 77.95% of college students.Especially investigation shows that more than 50% of the students and parents lack of vision care the most basic science knowledge, don't know not to prevent and timely treatment of myopia in advance of the hazards, and so there is 41.6% of the poor eyesight students did not take any corrective measures, and lack of professional institutions treatment.Based on the above reasons, this paper presents the design idea of multi-function vision protector.Multifunctional vision protector, mainly includes ranging, photographic and regular 3 big functions. One ranging and photographic module by corresponding function of sensors, which can realize the distance to the user and ambient light of the strength of the detection and alarm function.Timing by AT89S52 microcontroller running the program module, which can realize the time to learn and through the alarm to timing tips the function of the time has come. In general, the design of the three function can also go into effect, and through the alarm lights flashing and the way to warn users buzzer alarm attention with the eye health.Keywords:Sensor Ranging Timing目录第1章绪论 ................................................................ - 1 - 1.1 课题的选题背景 ........................................................ - 1 - 1.2 国内外发展现状 ........................................................ - 1 - 1.3 本论文主要研究内容.................................................... - 2 - 1.3.1 主要内容 .......................................................... - 2 - 1.3.2 基本要求 .......................................................... - 2 - 第2章多功能视力保护器总系统设计........................................... - 3 - 2.1 多功能视力保护器整体设计方案.......................................... - 3 - 2.2 系统总框图 ........................................................... - 3 - 2.3 单片机的选择 .......................................................... - 3 - 2.4 传感器的选择 .......................................................... - 4 - 2.5 编程语言的选择 ........................................................ - 4 - 第3章多功能视力保护器硬件设计............................................. - 5 - 3.1 AT89S52单片机........................................................ - 5 - 3.2 传感器 ............................................................... - 7 - 3.2.1 超声波测距模块.................................................... - 7 - 3.2.2 光照检测模块..................................................... - 12 - 3.3 电源模块 ............................................................ - 12 - 3.4 报警模块 ............................................................ - 13 - 3.5 振荡电路 ............................................................ - 14 - 3.6 复位电路 ............................................................ - 14 - 3.7 数码管显示 .......................................................... - 15 - 第4章系统软件设计 ........................................................ - 16 - 4.1 Keil C51软件平台.................................................... - 16 - 4.2 程序的模块化划分..................................................... - 17 - 4.3 子模块设计 .......................................................... - 18 - 4.3.1 超声波测距模块................................................... - 18 - 4.3.2 定时模块 ......................................................... - 19 - 4.3.3 外部中断 ......................................................... - 21 - 第5章结论及展望 .......................................................... - 23 - 参考文献 ................................................................... - 24 - 致谢 ....................................................................... - 25 - 附录 ....................................................................... - 26 - 附录A 外文资料翻译...................................................... - 26 -附录B 原理图............................................................ - 46 - 附录C 程序.............................................................. - 47 -第1章绪论1.1 课题的选题背景当前由于环境变化、电视、网络的高速发展等诸多因素，使得青少年长时间不卫生、超负荷用眼，造成了青少年近视疾病的大量发生。

多功能超声波视力保护系统设计李书婷【摘要】At present, a large part of domestic students are myopia, especially middle school students accounted for more than 70％, and the community appears more than a single vision protection,can only unilaterally control the reader's eyes to the distance of the book,aspects of the full range of protection of vision. In response to this problem, we designed a new type of vision protection,from reader to reading distance,light and time three aspects,a comprehensive protection of the reader's eyes. The use of single-chip control ranging,light and time of the three parts, each part complement each other,from different aspects to achieve the effect of protecting eyesight,so that the eyesight of high school students no longer suffer from myopia,early removal of glasses.%目前国内学生有很大一部分都是近视眼,尤其是中学生占到了70％以上,而社会上出现的视力保护器都比较单一,只能单方面地控制读者眼睛到读物的距离,并不能从各个方面全方位的保护视力.该文设计制作了一款新型的视力保护器,它从读者到读物的距离、光线和时间3个方面,全面地保护读者眼晴.利用单片机控制测距、光线和时间3个部分,每个部分相辅相成,从不同方面达到了保护视力的效果,使中学生的视力不再受近视眼的困扰,早日摘掉眼镜.【期刊名称】《自动化与仪表》【年(卷),期】2019(034)001【总页数】5页(P104-108)【关键词】多功能;超声波;视力保护【作者】李书婷【作者单位】商洛学院电子信息与电气工程学院, 商洛 726000【正文语种】中文【中图分类】TP216我国在1992年专门成立了近视眼专家小组，各种预防近视眼的产品层出不穷，从简单到复杂、由单一到多元、科技也经历了一个由低到高的历程。