单片机控制下的坐姿矫正器

本科毕业论文(设计) 题目： 单片机控制下的坐姿矫正器

学院： 物理与电子科学学院

班级： 2010级电子三班 姓名： *** 指导教师： 张丽 职称： 副教授 完成日期： 2014 年 5 月 25 日 单片机控制下的坐姿矫正器 摘要：为改变传统坐姿矫正器存在的问题，本设计将智能化和人性化加入其控

制系统中。本设计是由单片机作为核心控制，坐姿矫正部分主要由水银开关构成；音乐提醒部分主要由蜂鸣器构成。这种坐姿矫正器体积小巧，设计简单，使用直观方便，可以快速准确的实现坐姿矫正的功能。本次设计包括对于坐姿不良引起的视力问题以及用眼时间过长引起的视力问题两个部分来研究。首先利用传感器控制电路，延时部分利用8051单片机。此设计实现的坐姿矫正功能在很大程度上满足了人们的使用要求。

关键词：水银开关；蜂鸣器；坐姿；定时器；传感器 目 录 1 绪论 .......................................................... 1 1.1 选题背景 .................................................. 1 1.2 国内外研究现状 ............................................ 1 2 硬件介绍 ...................................................... 2 2.1 8051单片机介绍 ........................................... 2 2.2 水银开关介绍 .............................................. 3 2.3 蜂鸣器介绍 ................................................ 4 3 设计原理 ...................................................... 5 3.1 硬件设计 .................................................. 5 3.1.1 坐姿报警电路 .......................................... 5 3.1.2 定时报警电路 .......................................... 6 3.1.3 定时器报警发声电路 .................................... 7 3.2 软件设计 .................................................. 7 3.2.1 部分程序设计 .......................................... 8 3.2.2 程序流程图 ............................................ 8 4 结果分析 ..................................................... 11 5.创新点 ....................................................... 12 6.结论 ......................................................... 12 参考文献 ....................................................... 13 1

1绪论 通过调查中小学生视力研究发现，我国在初中以下的学生中，视力的下降率大约为四分之一，初中生大概有一半以上的人存在视力下降的问题，随着学历的增加，高中生和大学生的视力下降程度尤为严重，眼镜已成为学生包包里的一个必需用品。危害青少年的第二大公害已经变为近视!并且我们一不小心近视，即使花了再多的钱，我们也无法恢复以往的视力，国家教育部相关委员会规定：当学生在读书的过程中，必须控制在固定的时间范围内。对于其危害性，很多家长不懂得近视和盲往往只有一步的差距，所以后果不堪设想，视力不良的学生大约有41%没有采取措施来挽救视力不良。 1.1 选题背景 读写姿势的时间过长和过近是导致近视的罪魁祸首，并且很多发生在学生时期，大多都在学校，并且很多学生没有自控能力，老师与家长也不可能去一直提醒自己的孩子，所以不好的写字距离一旦形成，近视变随之而来，一步步的恶性循环，导致很多学生从小就与眼镜有了不解的缘分，个子的不断增高，学生的写字姿势从小没有养成好习惯，也会影响孩子的生长发育，脊柱侧弯或改变，导致脊柱的不正常弯曲，从而会有一系列的包括含胸驼背的现象，本次设计将随时提醒读者端正自己的姿势，从而进行智能控制，腰背在不知不觉间得以挺直，从而养成良好端正的读写习惯，不断提高学生的学习水平，减少驼背的发生，并降低脊柱侧弯的危险，从而对学生的健康起到维持的作用。它还能在学生学习到一定时间后自动报警，使青少年认识到自己用眼时间已经超时，该向远处眺望眺望或者休息，闭目养神一段时间。 就实验室已有的硬件条件，这次论文主要用来研究坐姿矫正器的电路制作，当我们用正确的坐姿学习读书的时候，坐姿矫正器处在监控的状态，不会发出什么声音，当我们有不正确的姿势读写时，坐姿矫正器便会发出滴滴的声音告诉我们去端正身体。本文主要研究基于实物的，软件和硬件的设计。在此次制作中要注意如何有效控制角度来实现对姿势不正确的控制,代替家长，老师对孩子的坐姿进行监督，使家长老师轻松，学生健康快乐。 1.2 国内外研究现状 经过现有的调查研究表明，已经可以具体分为及时矫正装置的机械平衡，故障定位姿势矫正装置，电子平衡姿势矫正与机架姿势矫正。比如：1.5的视力保护，用电子平衡产生的机械平衡，坐姿支撑，背背佳，脚手架姿势矫正装置， 2

iPosture ， Visomate，美国签证的USB保护视力，文具型姿势矫正装置，其1.5的姿势支撑，背背佳，脚手架姿势矫正，最常见的是电子平衡防瞌睡报警。有些技术人员怕瞌睡将其视为珍宝，使用微电脑姿势矫正，红外距离型姿势矫正等。但是，现在这种类型的东西都有它的单一性和局限性。 现在已经出现了众多国内外电子企业，拥有自己的制作的坐姿矫正器，在国内，这一领域的地位各有不同：在国内， “学生1.5视力保护器” 又名称坐视宝，本发明是乌鲁木齐市新疆龙科技有限公司创造的，也可以是简单的声音提示学生抬头。总体而言，对于保护眼睛的功能，目前国内生产相对简单，和大多数家长的个性化需求仍有很大差距。不能达到家长和老师应该达到的希望。 有研究表明，多功能的坐姿矫正器，目前在市场上还没有存在。现在好多产品主要集中在视力保健，这些产品的功能都比较单一，用户不能合理的保护自己的视力从他想用的各个方面。 所以，本次论文想设计一个额定距离提醒，功能强大，音量可调节，成本低，寿命长，灵敏度高，便于携带，外形美观，在任何条件下中都能进行提醒的坐姿矫正器。 2 硬件介绍 2.1 8051单片机介绍 8051单片机是一种很常用的单片机，本设计主要利用8051单片机来进行设计，它设计简单，体积小巧，接口方便，便于用户的扩展，按照它可以方便的完成用户所需要的各种功能。 图2-1是一个8051单片机。它适合于不会去修改，程序需要长期保留的。它的主要部件是以下几个方面： (1) 中央处理器(CPU)。CPU是8051单片机的重要组成部分，包含控制器和运算器，帮助形成控制和运算两个部分的内容。运算器能够帮助实现数据的几种方式等。控制器可以帮助平衡全部单片机，发出控制信号，并且能够产生脉冲，其主要分为一些控制寄存器，时序电路和时钟。 (2) 数据存储器。它是内部RAM，可用来存放和读写一些数字，一共包含128个存储单元。 (3) 程序存储器。它是内部RAM，可以帮助放置原始数据，并且能够存放程序。 (4) 定时器/计数器。为了达到这种效果，它有16个。 3

(5) 并行I/O口。可以帮忙完成系统的输入输出，内部有四个8位的I/O口。 (6) 串行I/O口。可以很方便简洁的完成单片机和数据的串行之间传送。 (7) 中断控制系统。可以分为五个有高低之分的控制中断源。

2.2 水银开关介绍 水银开关是本论文的一个重要组成部分，它是一种倾侧开关，可以很方便的监控到青少年是否弯腰驼背，并且是整个电路能发出声音的总开关。何故叫水银开关，主要是因为它的内部有一个小容器，里面存着一滴水银，其它部分存入了惰性气体或者真空。 对于怎么样才能导通电路这个问题，当我们头部倾斜时，水银往下流，触碰到电极，然后导通整个电路。头抬高时，水银与电极分离，电路随之断开，这就是水银开关控制弯腰驼背的最经典之处。 但是，水银开关接触电极也不是任何情况下都是可以的，它还与容器的形状有着极大的关系，比方倒 V 字型的炸弹，如果收件人在不知情的情况下倾斜，电路就会随着水银开关中水银的移动关闭电路，产生爆炸，这是战争年代经常使用的一种袭击方法，但送件人深知这个道理，往往小心携带，受害人至今都不会明白自己是怎样走向死亡的。 另外要时刻引起我们关心的一个问题是，水银在任何状态下都要小心谨慎的处理，以免它不小心滴落到身上，水银对环境动物以及人的害处都是极大的。

图2-1 8051单片机芯片图