基于STC89C52的多功能視力保護器設計

文/趙穎 何英昊

1 引言

由于學習壓力以及視屏終端逐漸進入我們的日常生活中，造成視力下降出現低齡化趨勢。目前，青少年視力低下已成為了國內外共同關注問題。資料顯示，我國小學生視力低下率為26.96%，初中生為53.43%，高中生為72.8%，大學生為77.95%。其中大多數學生和家長缺乏視力保護基本知識。根據國家有關規定：學生在讀書寫字時，環境的亮度要適當，眼離書本要保持一尺遠的距離，身離書桌要保持一拳遠的距離。但實際中，這些往往都被忽視。因此，有必要設計一款多功能視力保護器進行防范。從而糾正人們讀寫時的不良姿勢與習慣。避免給人們的身心帶來傷害。尤其對學生群體而言。

綜上所述，該系統將實現以下功能：當學生頭部與桌面的距離小于規定距離時，電路將發出警報，學生要及時糾正坐姿。當前讀寫環境光線亮度不足時，電路將發出警報，提示學生要改變當前光線強度。當使用時間達到規定時間時，電路將發出警報，提醒學生注意休息。并且該電路測光報警的靈敏度可調。做出實物功能基本可以實現。

2 系統總體結構設計

本系統采用的核心控制單元是STC89C52單片機，通過光敏電阻采集光線信號，通過AD 將光線強度等級化，通過設置報警等級來確定光照不足時報警，通過超聲波測距傳感器測出使用者頭部到桌面距離，當小于規定距離時發出警報。利用單片機內部定時器計時功能，當使用時間達到規定時間時，電路發出警報，提醒使用者注意用眼。系統總體設計框圖如圖1所示。

3 系統硬件部分設計

3.1 光照強度檢測模塊

光照強度檢測采用光敏電阻，當光線發生變化時，光敏電阻阻值也隨之改變，分得的電壓也隨之不同。通過AD 采集后便得到不同光照強度下的電壓值，從而設定出適當的光線強度報警值。電路如圖2所示。

3.2 報警提示模塊

報警提示電路是由一個9012 型PNP 三極管、兩個2K 限流電阻以及一個蜂鳴器和一個LED 燈組成，電路如圖3所示。當光線檢測、超聲波距離檢測發生異常、單片機的定時器達到設定時間時，當三極管的基極電壓比發射極電壓低0.7V 時，三極管導通，蜂鳴器和LED有電流流過，發出報警，提示學生注意用眼。

3.3 坐姿檢測模塊

坐姿檢測模塊主要是完成頭部與桌面距離的測量功能，因此采用現成的HC-RS04 超聲波模塊實現。該模塊可提供2cm-400cm 的非接觸式距離感測功能，其測距精度可達到 3mm。

3.4 顯示模塊

顯示模塊由LCD1602 液晶進行顯示，它可以顯示兩行，每行16 個字符。LCD1602 顯示清晰，顯示內容豐富、信息量大，使用方便，顯示快速。在本系統中用來顯示當前學習時間、光線強度以及頭部與桌面的距離。

3.5 按鍵電路

圖1：系統總體框圖

圖3：報警提示電路圖

圖4：按鍵電路

系統采用4 個按鍵實現報警值等參數的設定，如圖4所示。其中，S2 鍵為開始鍵，按下后，系統開始工作。S3 為暫停鍵，S4 為恢復工作鍵。當暫停鍵按下之后即使光線強度和頭部到桌面的距離超過設定值也不會發生報警。S5 用來設置設定值，當S5 按下后，S3、S4 鍵的原有功能失效。此時系統通過S3、S4鍵實現數值的加減設置，完成后按S5 退出。

4 系統軟件設計

圖5：主程序設計流程圖

圖6：設計實物圖

圖7：系統初始狀態圖

圖8：光線過暗時發出警報

圖9：距離較近時發出警報

圖10：時間超過設定值發出警報

該系統編程軟件使用的是Keil uVision4，它是一個集成開發環境，將c 編譯器和庫函數等部分組合在一起。圖5是程序設計流程圖。

5 系統的實現與測試

將單片機放到程序下載器上，通過USB口與電腦連接，用STC-ISP-V480 軟件將仿真調試過的程序下載到單片機中。下載完成后，對系統進行上電。圖6為設計實物圖。圖7為系統初始狀態圖。

實測中，通過按鍵對系統進行設置使用距離和光線強度。系統開始工作，開始使用計時，當檢測到的信號不符合規定值時，發出警報，提醒使用者注意用眼。結果如圖8、圖9及圖10 所示。

6 結論

論文設計是一種基于單片機的視力保護器，當使用者讀寫時，它可以提醒使用者注意學習時長、糾正使用者坐姿以及提醒使用者調節適當的光線去學習。經過安裝調試，各個模塊能夠順暢運行，功能基本實現。由于時間的限制，本設計仍存在一些不足待解決，如，視力保護器可以通過Wi-Fi 將與手機APP 相連接，便于家長的監督。相信通過進一步的學習，該問題能夠得到很好的解決。