直線視力訓練機多媒體改造的研究與設計

徐　亮，李　治

（1.江蘇信息職業技術學院機電學院，江蘇無錫，214153；2.無錫宏治視光科技有限公司，江蘇無錫，214000）

直線視力訓練機多媒體改造的研究與設計

徐亮1，李治2

（1.江蘇信息職業技術學院機電學院，江蘇無錫，214153；2.無錫宏治視光科技有限公司，江蘇無錫，214000）

研究了多媒體技術在視覺功能訓練中應用的可行性，制定并實施了完整的直線視力訓練機的改造方案。經試驗證實該方案穩定可靠，具有一定的推廣價值。

直線視力訓練機；多媒體；網絡

引言

弱視是一種常見的眼病，多發于兒童時期，我國的弱視發病率約為2%～4%，若不及時治療，將會對兒童視覺功能發育產生極大的負面影響［1-2］。對于弱視的治療方法一直是醫學界研究的熱點，其中尤以視覺功能訓練備受關注，早在幾個世紀前國外就有關于視覺功能訓練的記載，而直到上世紀末、本世紀初國內才開始逐步將視覺功能訓練應用到臨床［3］。傳統的視覺功能訓練有光柵、紅光閃爍、精細作業等訓練法［1］，得益于計算機多媒體網絡技術的發展，多媒體與互聯網技術在視覺功能訓練中的應用也逐步發展了起來。曾有研究介紹了一種將電腦游戲與視覺功能訓練相結合的訓練方法，事實證明該方法極大地調動了患兒接收治療的依從性，使得療程大大縮短，治愈率明顯提高；還有研究介紹了一種基于互聯網多媒體技術的遠程視覺功能訓練軟件，通過多媒體圖像進行刺激患兒的視覺，用戶可通過專有ID在家中的電腦上遠程登錄到醫院服務器進行在線治療，不僅可以節省時間，也減輕了患兒家長的經濟負擔，治療效果也比較理想。

本文針對無錫宏治視光科技有限公司一種傳統的直線視力訓練機進行了分析，并提出了基于網絡化的升級改造方案。

1　公司原有設備

1.1原設備主要功能

如圖1所示是公司原先自主研制的直線視力訓練機外觀示意圖，也是目前國內應用較為普遍的一種視力功能訓練設備，主要用于對兒童弱視的恢復理療，同時對遠視、近視、斜視、散光等也有很好的理療作用。圖1中，A為訓練機主體部分，上方為導軌；B為安裝有LED點陣的顯示面板，面板可沿導軌在設定的前后限位（圖中未標出）間做往復運動，且運動速度可調；C為位于訓練機主體上的操作面板，用于控制顯示面板的運動速度和LED的閃爍花色；D為患兒頭部的支撐架。患兒戴上訓練鏡，將下顎抵住頭部支撐架（D）以固定頭部的位置，由護理人員設定好顯示面板（B）往復的極限位之后，通過操作面板（C）設定并開啟相應的訓練方案，開啟訓練過程。

圖1　原直線視力訓練機外觀示意圖

1.2原設備電氣原理

訓練機控制電路圖如圖2所示，由主體控制電路和顯示面板控制電路兩部分組成。

圖2　原直線視力訓練機控制電路示意圖

訓練機顯示面板的往復運動由三相交流電動機通過絲杠帶動，電動機則由單進三出型變頻器（信捷VB3-20P7）驅動，該變頻器可通過X1、X2、X3輸入端子組合實現7種不同的段速，實現控制顯示面板以不同的速度做往復運動。單片機1（ATmega16）的輸入部分為5只按鈕和2只行程開關，按鈕的作用分別為：參數設定、增加（+）、減少（-）、開始訓練、停止訓練，每按下一次“參數設定”按鈕時，參數設定的對象會在“顯示面板顯示花色”、“顯示面板往復次數”、“顯示面板運動速度”三種模式間切換，通過按下“增加”或“減少”按鈕實現對參數的修改，參數設定完畢后，按下“開始訓練”按鈕即開始訓練過程，若在訓練過程中按下“停止訓練”按鈕中止訓練過程并使系統復位；行程開關的作用為限定顯示面板往復運動的位置范圍。主體控制電路和現實面板控制電路的兩只單片機（都是ATmega16）通過MAX232進行RS-232串口對接。通過主體控制電路中按鈕設定完花色并按下“開始訓練”按鈕之后，單片機1將花色代碼通過串口發送到單片機2，單片機2根據接收到的花色代碼驅動LED點陣顯示不同的訓練方案，當訓練結束或中止時，單片機1將停止代碼通過串口發送到單片機2，顯示面板復位。

2　改進措施

系統主要從硬件升級、網絡化和軟件保障三個方面實施改進，通過硬件升級實現更多的訓練手段，通過網絡化實現設備統一的信息化管理和資源實時更新，通過軟件保障確保設備新功能的實現。

2.1硬件升級措施

因為LED點陣位置固定無法更改，所以顯示面板能夠提供的訓練手段也就屈指可數，可以將電腦顯示器或平板電腦代替LED點陣，這樣不僅可以通過軟件模擬LED點陣，也可以增加圖片、視頻等多媒體資源大大豐富設備的訓練手段，于是，由LED點陣構成的顯示面板被更換為一臺8吋的WIN10平板電腦。由于國產WIN10的小尺寸平板電腦售價僅為iPAD售價的1/6，因此大大降低了此次設備改進的硬件成本，而且由于WIN10平板的應用軟件采用與PC相同的開發工具Visual Studio，方便組織開發團隊，因此大大縮短了設備的升級改造周期。

顯示面板被更換為平板電腦以后，訓練方案通過平板電腦觸摸屏而非通過主體操作面板進行設定，因此主體操作面板的功能大大簡化，按鈕僅保留設備的啟動按鈕和停止按鈕兩只按鈕。改造后的主體部分電路如圖3所示，微控制器由ATmega16更換為更加經濟的STM8S003F3，并且去掉了LCD顯示器。平板電腦與主體控制器之間通過USB-TTL芯片CH340G進行串口通信。改進后的控制電路如圖3所示。

圖3　改進后的直線視力訓練機控制電路示意圖

2.2網絡化措施

原來的設備都是單機操作，當訓練室內設備數量較多時必然會增加護理人員的管理難度，若能將設備進行聯網，通過主機統一實施信息化管理，自然會降低護理人員的管理難度；同時設備通過互聯網與服務器連接，可以保證設備時獲取更多、更新的訓練資源，不斷豐富設備的訓練手段。

系統網絡化改進后的網絡拓撲圖如圖4所示，每個訓練室由一臺計算機充當局域網主機的角色，對訓練室內所有的設備進行集中管控，每臺設備的平板電腦充當局域網從機的角色，接收來自局域網主機的指令，主要是：（1）執行安裝并運行在平板電腦上的訓練軟件的相應功能；（2）通過USB-TTL串口線發送指令給單片機，實現間接控制變頻器運行的目的。局域網可以通過LAN聯接，也可以通過WLAN聯接。每一臺設備的訓練方案可以由局域網主機統一管理，也可以由各臺設備的平板電腦分別設定。平板電腦可直接連接到英特網，通過網絡服務器更新程序和獲取更多更新的訓練資源。

圖4　系統網絡拓撲圖

考慮到有些用戶已經習慣于單機操作，加上一些小型診所不需要多臺訓練機等因素，改進后的視覺直線訓練機依然保留了單機操作功能，只是除了設備的起停按鈕外，其余功能全部通過平板電腦的觸摸屏來實現。

2.3軟件保障措施

系統的穩定運行離不開軟件的保障，軟件主要由服務器端程序、主機程序和平板電腦程序三部分有機組合而成。其中，服務器采用租賃的形式，采用IIS+PHP的解決方案，服務器程序主要的作用是保障圖片和視頻資源的穩定下載；主機程序的主要作用是連接并管控所有局域網內的設備平板電腦，具體功能有：被從機連接、為每個患兒制定并保存治療方案、聯機傳送治療方案代碼、編制新的治療方案并下載到從機、聯機控制從機起停訓練機、統一管理和更新從機的訓練資源、日志記錄；從機程序的主要作用是接收局域網主機的管控執行訓練方案，具體功能有：開機后自動連接主機、接收主機傳送的訓練方案代碼、接收主機新制定的訓練方案、執行各種模擬LED點陣方案、播放視頻文件、進行圖片和純色背景交替的閃屏訓練、向單片機發送變頻器控制指令、被動或主動更新訓練資源。

3　結語

經過公司某門店小批量改進型訓練機的試驗情況來看，設備均能穩定可靠運行，新的訓練方案也得到了廣大患兒及家長的認可，改進方案取得了初步的成功，具有一定的推廣價值。

然而直線視力訓練機的網絡化改造是一個龐大、復雜的系統工程，首先必須保證當改進型訓練機逐步推廣之后，服務器能夠滿足大量的數據訪問需求，其次訓練資源也必須不斷地改進和完善，以實現最佳的理療效果，再者系統的功能也需要進一步加強，今后服務器除了提供資源更新之外，還需要從主機端和設備端搜集訓練數據，進行大數據分析，為制作更有效的訓練資源、制定更完善的訓練方案提供參考。

［1］高天.傳統綜合訓練與智能化多維視覺訓練對屈光不正性弱視的療效對比及其影響因素研究［J］.眼科新進展，2014，34（11）：1059-1061.

［2］李愛軍，布娟等.多媒體視覺訓練系統與傳統方法治療兒童弱視的對比研究［J］.眼科新進展，2014，34（9）：834-837.

［3］黎莞萍.視覺功能訓練在弱視及斜視治療中的應用［J］.中國眼鏡科技雜志，2013（11）：116-119.

［4］林泉，劉偉民等.基于互聯網的視知覺學習對提升大齡屈光不正性弱視兒童視力的療效 ［J］.眼科新進展，2011，31（8）：745-747，753.

Research and Design of Multimedia Reformation of the Linear Vision Training Machine

XU Liang，LI Zhi
（1.School of Mechanical and Electrical Engineering，Jiangsu College of Information Technology，Wuxi 214153，Jiangsu；2.Jiangsu Hongzhi Vision Science and Technology Co.，Ltd，Wuxi 204000，Jiangsu）

The feasibility of the application of multimedia technology in vision function training is researched.A complete reformation solution of the linear vision training machine is developed and implemented.The solution is stable and reliable and worth to be generalized after experiment.

linear vision training machine；multimedia；networks

TN948.1

A

1671-5004（2016）03-0014-03

2016-2-14

徐亮（1981-），男，江蘇無錫人，江蘇信息職業技術學院講師、碩士，研究方向：控制工程。