一種智能護眼系統

趙家浩

（佛山科學技術學院，廣東 佛山 528000）

一、引言

隨著教育事業的發展，中小學生的學業壓力不斷增加，導致學生的課余時間基本是在書桌上度過的。長時間的學習和不注意的用眼習慣，使學生的視力情況不容樂觀。據統計，我國學生的近視率排到世界第二，僅次于新加波，而且我國人口的近時發病率為33%，是世界平均水平22%的1.5倍。而針對學生視力不容樂觀的情況，市場對于改善學生視力的電子產品卻很少，針對學生在書桌上學習時用眼習慣的不健康的產品更是少之又少。根據此種情況設計研究出一個具有智能護眼，能實時檢測學生的學習用眼時間，學習環境的光度，學生眼睛是否是在合適的距離并能實時提醒的系統，改善此種情況。

二、系統概況

該系統的硬件設計以AT89S51單片機為核心處理器，通過紅外傳感器獲得人與所觀看物的距離數據和光敏傳感器獲得周圍環境的光強數據，將數據經過A/D轉化傳給AT89S51芯片進行處理。如果獲得的光強數據表示光線太弱，則會啟動提示燈黃色LED燈提示，再控制PWM控制高亮LED燈去調節周圍的光度；如果獲得的光強數據表示光線太強，則啟動蜂鳴器進行報警提示，閃爍LED提示，并控制PWM控制高亮LED燈降低提供的光強；如果獲得的距離數據表示人與所觀測物太近，則啟動蜂鳴器報警，并閃爍紅色LED燈進行提示。環境的光度情況和距離的情況都會再顯示模塊顯示出來，并顯示當前工作使用的時間，若使用時間超過一定的時間，系統將啟動蜂鳴器報警，并用高頻的閃爍紅色和黃色LED提示。如果用眼習慣正確并用眼環境正常的話，系統會顯示綠色LED燈，并且關掉之前用眼習慣不正確和用眼環境不合適的提示設備。

三、主要硬件設計

（一）電源模塊

電源模塊可使用5.0V直流電壓作為供電電源，用于對紅外傳感器、光敏傳感器、A/D轉換模塊、顯示模塊及單片機等供電。

（二）顯示模塊

顯示模塊采用LCD1602作為顯示屏，用于顯示當前系統工作的時間，和顯示周圍環境光強的情況和人到所觀看物的距離情況。顯示屏LCD1602的具體主要接法是將單片機AT89S51芯片的P0口作為數據的傳輸口，將P2.7與LCD1602顯示屏的使能端口相連，P2.6與LCD1602數據/指令控制端口相連，P2.5與LCD1602讀/寫控制端口相連。

（三）AT89S51芯片控制系統

以11.0592MHz的晶振作為提供AT89S51芯片的工作時鐘。將晶振插在圖中的P5中的1、3接口，再晶振的兩端分別加上30pF的電容進行濾波處理。AT89S51芯片主要是通過將A/D轉換模塊獲得的數據進行處理，然后通過一定的判斷和算法，對提示LED燈，顯示屏LCD1602等做出反應。

（四）高亮LED控制驅動電路

該驅動電路通過單片機IO管腳的輸出高低電平來控制LED燈的亮度，通過控制PWM輸出的占空比來調節LED的亮度。

四、軟件設計

軟件設計主要是在系統工作中，不斷獲取傳感器獲得的數據，保證系統對環境的及時性。

先將獲得的數據與預先設置閾值比較，對情況進行編碼。然后根據得到的情況編碼去運行相應的函數。如果獲得光線強度弱，則會通過IO端口置高電平啟動提示燈黃色LED燈提示，再控制增加PWM的占空比控制高亮LED燈去調節周圍的光度；如果獲得光線強度太強，則通過給高電平啟動蜂鳴器進行報警提示，閃爍LED提示，并控制減小PWM控制高亮LED燈降低提供的光強；如果獲得的距離數據太小，則控制IO口輸出高電平啟動蜂鳴器報警，并閃爍紅色LED燈進行提示。如果用眼情況正常，則將之前設置提示的IO口拉低電平，并通過拉高IO電平控制綠色LED亮。在每次判斷結果都將結果顯示在顯示屏上。在系統工作時，定時器則開始計時，若工作時間超過一定時間，則控制器會控制IO輸出頻率高的方波給紅色和黃色LED燈供電，紅色和黃色LED燈不斷地閃爍。軟件設計框圖如圖1如下：

圖1 軟件設計框圖

五、結論

該設計具備實時檢測學生學習時與書本的距離、學習時周圍的環境光強并自動補光、自動計時的功能，并且能夠在當學生用眼不健康或者周圍光度不適合學習的時候，進行提醒。該系統具有經濟實用，能夠對學生學習時用眼習慣進行一定改善，對改善學生近視有一定改善意義。