智能兒童視力測試儀

吳家耿　林劍萍　余振超

摘要：為方便家長定期、自主檢測兒童視力，實現兒童眼疾早期發現、早期預防和治療，以STM32F103ZET6作為主控制器，結合TFT真彩屏、NRF24L01無線傳輸模塊、LD3320語音模塊，設計了一智能兒童視力測試儀。該測試儀可通過按鍵或語音輸入來判斷屏幕上閃出的視標開口方向，以達到測試的目的。測試結果通過串口傳至上位機進行存儲、打印，以便對視力變化情況進行查詢、分析。同時，測試過程還可以以答題的方式進行，具有一定的趣味性。通過測試驗證，該測試儀使用方便、測試準確，在一定程度上可以起到預防近視的作用。

關鍵詞：視力測試儀；STM32；NRF24L01；LD3320

中圖分類號：R197.39 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）01-0157-02

1 引言

目前我們采用的主要是國標標準視力表和繆天容創立的對數視力表[1]。此種測試方法所需要的設備比較簡單，容易操作，但受光線、指示棒干擾，測試質量較差。后期逐漸出現利用紅外原理進行屈光度的檢查，并且可以自動的顯示，度數也可打印出來[2]。這種方式大大的提高了效率，操作簡單，速度快，但是檢查的準確性確是受大眾爭議的一點。后期市場上又逐步出現了視網膜電圖、人眼相差干涉儀、自動驗光儀法等產品，這幾種方法要么價格昂貴，要么操作不方便，要么只針對于小眾群體，不具有推廣性。針對這種狀況，設計了一款集便利性、趣味性、準確性為一體的視力測試儀，解決了目前兒童視力測試上的缺陷，在一定程度上可以起到預防近視的作用，達到保護眼睛的效果。

2 系統硬件設計

本設計是采用STM32F103ZET6作為主控制器，NRF24L01無線傳輸模塊來實現遙控操作，測試結果在顯示屏上顯示，并通過語音模塊進行播報，同時可通過串口傳至上位機進行打印或存儲以供查詢。系統總體框圖如圖1所示。

2.1 主控模塊

STM32F103ZET6是一款基于ARM的微型控制器，最高工作頻率是72MHz。它工作電壓在2-3.6V，功耗低，體積小，具有睡眠、停機和待機的模式。豐富的外設資源，包括了2個I2C接口，可支持SMBUS以及PMBUS，5個USART接口，3個速度可達18M位/S的SPI接口，其中2個可復用為I2S。支持CAN通信，10/100以太網MAC，支持MII和RMII。

測試時，主控模塊主要是控制屏幕按從大到小的順序，隨機閃出不同開口的視標，根據NRF24L01傳來的數據進行判斷，從而執行不同的動作。

2.2 TFT彩屏顯示模塊

采用3.5寸TFT彩屏作為顯示面板，液晶顯示器上的每一液晶像素點都是由集成在它的后面的薄膜晶體管來驅動[3]。因此顯示的亮度、刷新的速度都明顯優于其他的方案。同時畫面的品質也十分清晰。TFT彩屏主要是用來顯示當前的時間，以及測試用的E視標、測試結果等。

2.3 NRF24L01無線傳輸模塊

NRF24L01是一款低功耗，抗干擾強、穩定性好，傳輸速度快的一款無線傳輸芯片，工作的頻段是2.4-2.5GHZ，最大的數據傳輸速度達到了10Mb/s[4]。支持多點通信，最小功耗為900nA，內部具有CRC校驗以及穩壓電路，保證系統工作的穩定性。通過NRF24L01將按鍵信息或語音指令從手持端傳送到顯示端，顯示端對接收到的數據進行分析，從而作出下一步的執行判斷，最終確定測試者的視力，因此對于無線數據傳輸的準確性具有比較高的要求。

2.4 語音模塊

在本系統中，語音模塊采用的是ICRoute公司的LD3320，該芯片內部有專用的AD/DA轉換芯片，麥克風的接口以及聲音的輸出接口等，無需任何外接緩存，可以直接實現語音識別/聲控/人機對話功能[5]。LD3320采用的是并行方式與STM32F1O3ZET6進行連接，工作電壓是3.3V。系統可以通過語音輸入代替按鍵，且測試結果可語音播報。

3 系統軟件實現

3.1 下位機的軟件設計

下位機是由手持端（發送端）和顯示處理端（接收端）構成。發送端主要實現按鍵輸入、語音識別功能，接收端接收發送端的數據并解析，實現TFT真彩屏測試視標、結果顯示，時間顯示，語音播放等功能。數據傳輸通過NRF24L01來完成的。下位機數據發送端主程序流程圖如圖2所示，數據接收端主程序流程圖如圖3所示，語音識別主程序流程圖如圖4所示。

3.2 上位機的軟件設計

系統界面的設計，通過VC 6.0中的MFC來完成。數據存放在本地數據庫內，在程序中通過創建MySQL句柄來訪問數據庫，從而操作數據庫中的數據來完成保存、刪除、查詢功能。根據C++語言知識完成背景音樂、打印預覽、繪制折線圖功能。上位機主界面如圖5所示。

4 結語

通過測試表明，該基于STM32的智能視力測試儀設計合理，可實現視力的自動測試功能，具有一定的趣味性，特別適用于兒童的視力測試，且測試結果準確。系統成本較低，攜帶方便，特別適用于家庭自主使用，一定程度上可幫助家長預防兒童近視。

參考文獻

[1]邱杰，覃斌毅.基于MCS-51單片機的視力測試儀設計[J].玉林師范學院學報，2015，14（02）：81.

[2]魏保立，李秀玲.基于STM32的多功能視力測試儀制作[J].電子制作.2013，12（08）：19-22.

[3]馬建寧，蔣紅兵.新型視力自動測試儀的研制[J].現代醫學儀器與應用.1999，11（04）：18-25.

[4]曾勇，楊濤，馮月暉.基于NRF24L01的超低功耗無線傳感器網絡節點設計[J].電子技術應用，2008，34（7）：45-48.

[5]陳喜春.基于LD3320語音識別專用芯片實現的語音控制[J].電子技術，2011，38（11）：20-21.