基于嵌入式的視力保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

郭鑫　高書強(qiáng)

摘 要：此系統(tǒng)是基于嵌入式的智能視力保護(hù)系統(tǒng)。講解視力保護(hù)系統(tǒng)的硬件電路和軟件編寫，硬件由光照強(qiáng)度傳感器、超聲波距離傳感器、人體感應(yīng)傳感器、聲光報(bào)警電路和獨(dú)立按鍵構(gòu)成。當(dāng)光照過暗的時候會引起蜂鳴器的報(bào)警提醒用戶周圍光線的強(qiáng)度。如果超聲波傳感器監(jiān)測人眼離桌面過近蜂鳴器和燈光電路會發(fā)出聲音和燈光閃爍。 且用戶可以自由設(shè)置學(xué)習(xí)時間到時自動報(bào)警，系統(tǒng)也可以每隔四十分鐘自動報(bào)警提醒用戶休息。

0 引言

根據(jù)目前的調(diào)查顯示，在生活中青少年近視眼的患者越來越來，很多兒童和青年早早的患上近視眼這種疾病。近視眼在在所有的眼部疾病中發(fā)病率最高，近些年來引起人們的高度重視。多發(fā)群體為文字工作者或其他的近距離工作者，常見的原因有遺傳因素、后天飲食習(xí)慣、近距離工作、過度用眼、以及大量使用電子設(shè)備。近視多發(fā)于青少年，在青少年當(dāng)中有很大一部分是在學(xué)習(xí)和使用電子設(shè)備中出現(xiàn)近視眼。此設(shè)備基于此主要矛盾開發(fā)出以下功能解決這個問題。

1 工作原理

整個系統(tǒng)由獨(dú)立按鍵，光照強(qiáng)度傳感器，超聲波測距傳感器，電源模塊，人體感應(yīng)傳感器，蜂鳴器和LED燈光電路構(gòu)成。總架構(gòu)如圖：

2.硬件設(shè)計(jì)

2.1主控芯片

本設(shè)計(jì)選用STM32F103VET6微控制芯片，芯片處理速度，抗干擾能力強(qiáng)，價格低廉。處理傳感器傳來的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行處理判斷從而向蜂鳴器，LED燈發(fā)出信號做出聲光報(bào)警的功能。同時也可以自主設(shè)定時間按時提醒用戶，用戶也可自主設(shè)定學(xué)習(xí)和娛樂時間。

2.2超聲波測距模塊

采用HC-SR04超聲波距離傳感器，質(zhì)優(yōu)價廉有效距離為2CM至450CM，完全滿足設(shè)計(jì)要求，如果測量人眼距離桌面小于20CM時單片機(jī)進(jìn)行判斷并做出報(bào)警。具有很高的性價比，電路設(shè)計(jì)模塊化，電力路接口簡單能夠滿足系統(tǒng)要求。

2.3光強(qiáng)度檢測模塊

經(jīng)過比較分析準(zhǔn)備采用BH1750FVI光照模塊直接輸出數(shù)字量用IIC通信方式與單片機(jī)進(jìn)行通信，單片機(jī)把采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過比較和分析進(jìn)行檢測和報(bào)警，獲得數(shù)據(jù)后利用單片機(jī)的內(nèi)部中斷可以很好的處理數(shù)據(jù)并且及時報(bào)警。傳感器直接輸出數(shù)字量，減輕了芯片的負(fù)擔(dān)并且傳感器靈敏度比模擬傳感器靈敏度更高，綜上使用數(shù)字傳感器。

2.4人體紅外感應(yīng)模塊

系統(tǒng)中應(yīng)用人體感應(yīng)紅外模塊的主要目的是在系統(tǒng)待機(jī)時當(dāng)檢測到人時可以通過外部中斷喚醒系統(tǒng)，只有當(dāng)系統(tǒng)檢測到人時才會觸發(fā)系統(tǒng)的附屬功能使系統(tǒng)更加便捷和智能。選擇HC-SR501人體紅外檢測模塊，并選擇傳感器的可重復(fù)觸發(fā)模式，當(dāng)檢測到人在附近時就可以一直輸出高電平并將信號傳輸給單片機(jī)。這樣的觸發(fā)模式邏輯簡單且出錯率比較低，從而使整個系統(tǒng)更加的完善與智能。

2.5報(bào)警模塊

系統(tǒng)的蜂鳴器和LED燈主要起到提醒和警示的作用，當(dāng)使用者距離桌子過近時蜂鳴器和二極管會發(fā)出鳴叫聲和燈光閃爍。使用者也可通過獨(dú)立按鍵自行制定時間，蜂鳴器同時可以發(fā)出響聲。當(dāng)切換到自動模式時每四十分鐘蜂鳴器會間歇的發(fā)出響聲。兩種模式用戶可以隨意切換。

2.6人機(jī)交互

系統(tǒng)的人機(jī)交互模塊是LCD顯示屏和獨(dú)立按鍵，通過獨(dú)立按鍵設(shè)置自動提醒模式和人工設(shè)定模式，通過LCD顯示屏來顯示時間和人眼離桌子的距離和光照強(qiáng)度。使用者可以通過以上信息來進(jìn)行人機(jī)交互。從而設(shè)置合理時間調(diào)整最佳坐姿和光線強(qiáng)度。

3軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)由各個硬件電路構(gòu)成同時軟件程序也是由各個子程序模塊組成，分別為超聲波測距子程序，人體紅外檢測子程序，蜂鳴器二極管子程序，光強(qiáng)檢測子程序以及LCD顯示子程序組成。第一步對傳感器報(bào)警器顯示屏初始化，第二步實(shí)時監(jiān)測人是否就坐，如果就坐開始進(jìn)行下一步判斷，第三步對人眼到桌面距離進(jìn)行判斷如果距離小于設(shè)定則蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，第四步用戶可以通過按鍵進(jìn)行時間設(shè)定，同時也可以選擇自動模式每四十分鐘進(jìn)行一次提醒。

4結(jié)束語

以STM32F103VET6單片機(jī)為控制芯片設(shè)計(jì)一種智能視力保護(hù)裝置，在KEIL MDK上以C語言進(jìn)行軟件編寫實(shí)現(xiàn)所有邏輯，提醒坐姿，設(shè)定時間，光照強(qiáng)度提醒等。從而保護(hù)青少年的視力，本系統(tǒng)可靠性強(qiáng)、成本低廉性能優(yōu)越，可以進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn)并推廣使用。