【正文】 ............................................................................. 12 系統(tǒng)軟件設計 ............................................................................................................ 12 系統(tǒng)主程序流程圖 ................................................................................................. 12 定時器程序流程圖 ................................................................................................. 12 超聲波測距子程序流程圖 ............................................................................... 14 3 系統(tǒng)的安裝與調(diào)試 .................................................................................. 15 安裝步驟 ........................................................................................................................ 15 電路的調(diào)試 .................................................................................................................. 15 結(jié)束語 ................................................................................................................ 16 附錄 A 英文文獻原文 .............................................................................. 18 附錄 B 英文文獻譯文 .............................................................................. 22 附錄 C 實物圖 ............................................................................................. 25 附錄 D 源程序 ............................................................................................. 27 附錄 E 元器件清單 ................................................................................... 39 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 1 頁共 39 頁 引言 由于數(shù)碼科技產(chǎn)品的不斷進步， 我們的視力 急劇下降。學生近視在我國 已成為一個日益嚴重的社會問題。 一旦近視，花再多錢去治療 都是不可能恢復到最初的視力 。統(tǒng)計顯示，中國 學生 的視力低下，初中生 是 %，高中生 是 %，大學生 是 %。超過 50%的學生和家長缺乏視力保健的最基本的科學 知識，不了解“近視 與盲 的 距離只 差 一步”， %的視力不好的 學生沒有采取任何糾正措施并 缺乏專業(yè)治療。研究表明， 99%的近視原因是兒童閱讀、 寫作的 坐姿不正確 導致 視力下降 。大多數(shù)孩子喜歡 趴在桌上書 寫 ， 教師和 家長 對孩子 屢教不改 ， 這 一直是 令老師和 父母頭 痛 的事 [1]。 在國內(nèi)外， 許多電子公司有自己 生產(chǎn)的視力 保 護裝置。國內(nèi) 在 這方面的研究現(xiàn)狀 是 ：國內(nèi)生產(chǎn)的視力保護器，被稱為坐視寶 ，它能有效地在不當?shù)?坐姿情況下 聲音提示用戶矯正坐姿，可以正確的閱讀、書寫。總體來看，國內(nèi)生產(chǎn)的視力 保護裝置的功能特點是比較簡單的 ，但 它不能很好 地滿足用戶的需求。國外也致力于對視力的保護研究，但更側(cè)重于研究近視 的原因。德克薩斯大學西南醫(yī)學中心的博士，他 說 ， 吃魚和新鮮蔬菜能保 護視力，降低近視的發(fā)生概率。他們認為，通過適當?shù)娘嬍澈蜖I養(yǎng)搭配 和正確的學習習慣，對視力的保護能起到事半功倍的效果，但 現(xiàn)實是 事與愿違。 因此，設計一個能多方面保護視力的視力保護裝置 是很重要的。 基于以上所述的特點，展開了研究，此次 設計是在現(xiàn)有硬件平臺的基礎上，主要實現(xiàn)了硬件的開發(fā)與設計，并完成了相應 的硬件制作。研究內(nèi)容分為兩個部分：視覺 力 保護器的硬件設計和硬件制作 。 在設計中如何有效的 提高視力保護以及對硬件電路準確調(diào)試是本次設計的難點。 在硬件設計上，基于超聲 波 技術(shù)的設計實現(xiàn)了對多功能 視力保護器 的 距離 控制， 光敏電阻對光線感應進行控制，單片機對時間進行控制。 對工作的理論研究具有一定的指導意義 [2]。 現(xiàn)在很多國內(nèi)外市場的需求，視力保護器才剛剛開始，有很大的發(fā)展空間，在這方面的研究在各個國家的許多公司 都在進行 ，未來的視力保護器能對中小學生進行基本的保護 ，我相信可以得到很大的發(fā)展。 對于 單片機的智能處理功能 來說 ， 這次設計 ,使 用理論計算和實驗驗證 相結(jié)合 的方法 ，單片機芯片為主要部分 的主體電路 。 第一步 是 對各 部分 電路進行設計，并選擇合適的元器件。在選擇元器件時， 主要看的是 芯片的性價比，對于電阻、電容等常用元件要先進行參數(shù)計算再選擇。 第二步 是設計整個電路，并在 計算機 上對各單元電路進行相應功能的調(diào)試 仿真。 其中單片機芯片選用 性價比較高 的 89C52 型 ， 光線報警選用光敏電阻，報警發(fā)聲系統(tǒng)選用 蜂鳴器 。在設計中利用 89C52 型單片機的定時功能即 和 的 T0 和 T1，利用單片機的C 語言編程 [3]。 本次畢業(yè)設計的研究內(nèi)容是設計一個多功能視力保護器。它 有 以下功能： 1)當 用戶 臉 部與 桌面 之間的距離小于 30CM（可調(diào) ） 時 ， 電路 發(fā)出聲 音 提示 。 2)當 用戶在 讀寫環(huán)境光線照度不足時 ， 電路將發(fā)出聲 音 提示 。 3)當 連續(xù)用眼 時間達到 45min（可調(diào) ） 時 ， 電路自動發(fā)出聲 音 提示 ， 提醒使用者休息 。 4)單片機的主頻 為 6KHZ；電路測光報警 靈敏度 可調(diào) 。 5)電路可靠 ， 要求能夠?qū)崿F(xiàn)相應的功能。 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 2 頁共 39 頁 1 硬件設計 系統(tǒng)硬件設計 電源穩(wěn)壓電路設計 方案一： 采用 12V 蓄電池穩(wěn)壓后為系統(tǒng)供電。 電池具有相對較強的電流驅(qū)動能力和穩(wěn)定的電壓輸出性能。但電池過大，更換成本高， 在 使用報警裝置 時 不方便。所以我們放棄了這個計劃。 方案二： 使用 USB 做為單片機，傳感器 的 電源。經(jīng)過測試和驗證，單片機和傳感器的工作電壓可以滿足系統(tǒng)的要求。 綜上所述采用方案 二 。 主控制器模塊 方案一： 采用 的 可編程邏輯器件 CPLD 作為控制器。 CPLD 可以實現(xiàn)復雜的邏輯功能， 而且還有許多其他優(yōu)點，如體積很小、密度很高、穩(wěn)定性良好、功能擴展很方便 。采用并行輸入 輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合于大型控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng) 。 但 從經(jīng)濟的角度來看，我們必須放棄這個計劃。 方案二： 使用 STC89C52 單片機作為整個系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)采用 STC89C52 單片機作為多 功能視力保護控制單元的核心，我們系統(tǒng)全面的分析，關(guān)鍵在于系統(tǒng)實現(xiàn)自動報警，提醒和處理超聲 波信號和 光強信息，在這一點上，芯片顯現(xiàn)出它 的優(yōu)勢，控制簡單，方便，快捷。其結(jié)果是，單片機可以充分發(fā)揮其能力，具有更強大的控制功能和可尋址的操作功能，價格低廉等優(yōu)點 。 STC89C52 單片機具有強大的位操作指令和 I/O 端口可以 按位 尋址， 程序空間 高達 8K。對于本次設計 是綽綽有余的，更可貴的是 STC89C52 單片機，價格很低 [4]。 因此，該方案是一個理想的方案。從使用的角度來看，我們選擇了 方案二 。 光照強度檢測模塊 光照度傳感器 方面 的選擇 。 方案一： 光 照度傳感器 M124749。采用先進的電路模塊技術(shù)的發(fā)射機發(fā)展的照度傳感器，用于環(huán)境照明測量，輸出標準 電壓和電流信號，體積小，安裝方便，線性度好，傳輸距離遠， 抗干擾能力 強 ，可調(diào)范圍。但價格昂貴， 而且 不容易買。 方案二： 使用光敏電阻。光敏電阻的工作原理是當光照射時，內(nèi)部電阻已處于穩(wěn)定狀態(tài)的電子激發(fā)并變成自由電子，所以光是強的，自由電子產(chǎn)生的就越多，電阻就越小。光敏電阻的優(yōu)點是具有光電效應的內(nèi)部和電極獨立（光電二極管有關(guān)），可以使用直流電源。靈敏度和半導體材料，低價格。 對比以上兩種方案相比，該方案具有較好的設計精度和線性度，但成本不如光敏電阻好。方案 二 具有較高的性價比，同時能滿足系統(tǒng)的設計要求，所以選擇光敏電阻作為一個光傳感器。 報警提示模塊 方案一： 使用語音報警，可實現(xiàn)語音提示，提醒用 戶進行休息，以及是否 是正確的姿勢，直接 清晰。雖然使用語音提醒有很多優(yōu)勢，但語音芯片編程需要專業(yè)的程序員， 復雜程序，不適用于視力保護器 的普及。經(jīng)過全面的比較，我們放棄了計劃。 方案二： 蜂鳴器報警。蜂鳴器，體積小，重量輕，組裝簡單，使用方便，價格實惠，對 促進視覺陜西理工學院畢業(yè)設計 第 3 頁共 39 頁 保護設備的普及有 一個很好的優(yōu)勢。能更好的滿足系統(tǒng)的要 求，所以我們選擇了這個方案 。 坐姿檢測模塊 本系統(tǒng)需要檢測坐姿是否正確，我們選了兩種方案 方案一： 利用紅外熱釋電傳感器，紅外熱釋電傳感器的紅外感應敏感，當坐姿良好，然后打開視力保護器，如果姿態(tài)變化電傳感器將有一個高到低的電信號輸出。雖然紅外熱釋電傳感器的靈敏度很高，但它并不適用于視覺保護器，當人們只是輕微的運動的眼睛保護器會報警， 產(chǎn)生 大量的誤報。紅外熱釋電傳感器不適用于多功能視力保護器的坐姿 檢驗，除非該人 坐在 那一動不動 。經(jīng)過綜合考慮，我們放棄了 此方案 [5]。 方案二： 用 超聲波傳感器檢測。通過測量人的臉和桌面之間的距離確定坐姿。 若 距離小于 30cm，則報警 。超聲 波體積小，重量輕，使用方便。價格低廉，對于 促進視覺保護設備的普及 有一個很好的優(yōu)勢。能更好的滿足系統(tǒng)的要求，所以我們選擇了這個方案 。 顯示模塊 方案一： 用數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管顯示 的 速度快，使用 不但 簡單， 而且 顯示的效果簡潔明了，但 顯示 較 單一， 而且 不能表達出很好的人機界面，因此我們放棄 了 用數(shù)碼管 來 顯示。 方案二： 用 LCD1602 液晶 顯示。 LCD1602 因為 其顯示清晰，顯示 的 內(nèi)容豐富、清晰，顯示 的信息量大，使用方便，顯示快速而得到了廣泛的應用。 對于此系統(tǒng)我們需要顯示 的內(nèi)容 豐富，人機界面需要友好。 綜上 我們選擇 方案 二 。 最終方案 經(jīng)過反復論證，我們最終確定了 方案： 1)用 USB 供電； 2)用 89C52 單片機作 主控制器； 3)用光敏電阻檢測光照強度； 4)用超聲 檢測坐姿； 5)用 LCD1602 液晶顯示； 6)用蜂鳴器提醒。 硬件主要是基于 89C52 單片機、 超聲波測距報警電路、光報警電路，定時報警電路等。使用單片機語言 編程 。圖 是系統(tǒng)設計的基本框圖。 光 敏 電 阻定 時 報 警測 距 報 警超 聲 波光 強 報 警8 9C5 2單 片 機 圖 系統(tǒng)設計基本框圖 STC89C52 單片機 STC89C52 單片機包括 中央處理器、程序存儲器（ ROM）、數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）、定時器 /計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)單元和數(shù)據(jù)總線，地址總線和控制總線和總線 [6]。 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 4 頁共 39 頁 單片機管腳及功能 STC89C52 單片機的管腳圖如 圖 所示 ，其功能如下所述。 圖 STC89C52 單片機的 管腳圖 其中，各引腳的功能為： 1)主電源引腳 VCC（ 40 腳），接＋ 5V 電源正端。 GND（ 20 腳），接＋ 5V 電源地 端。 2)外接晶體或外部振蕩器引腳 XTAL1（ 19 腳），接外部晶振的一個引腳。在單片機內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端。當采用外部振蕩器時，此引腳應接地。 XTAL2（ 18 腳），接外部晶振的另一個引腳。在片內(nèi)接至反相放大器的輸出端內(nèi)部時鐘電路的輸入端。當采用外部振蕩器時，此管腳接外部振蕩器的輸出端。 3)控制信號線 RESET（ 9 腳），復位信號輸入端，復位 /掉電時內(nèi)部 RAM 的備用電源輸入端。 ALE（ 30 腳），地址鎖存允許 /