基于單片機的多功能視力保護器設計

呂曉穎

摘要：設計的多功能視力保護器具有的功能為當用戶的臉部或者身體與桌面的距離小于等于33 cm時，保護器中蜂鳴器發出提示音;當工作或學習環境的光照度不足時，保護器也將發出測光報警提示;當工作、學習時間大于等于40 min時，保護器將提醒用戶注意休息。經過多次反復測試，保護器電路設計可靠，各項功能都可以準確實現，幫助學生達到了國家教委的要求，即學生在讀寫時，應在一定亮度下，眼離讀物一尺，身離書桌一拳。

關鍵詞：視力保護器;聲光報警;距離檢測;青少年

中圖分類號：TH77

文獻標識碼：A

DOI：10. 15913/j.cnki.kj ycx.2019.10.021

近年來，隨著學生課業量的加重，越來越多的青少年患有近視。為了降低青少年的近視率，本文設計了一種具有超聲波距離檢測功能的視力保護器。

1 視力保護器硬件結構框圖

本文所設計的智能視力保護器主要由五部分構成：主控模塊、超聲波距離檢測模塊、蜂鳴器報警電路、光線強度檢測電路。系統結構如圖1所示。

2 視力保護器硬件設計

2.1 HC-RS04超聲波距離檢測模塊設計

HC-RS04超聲波測距模塊共有4個引腳：VCC引腳（接電源）、TRIG引腳（觸發信號輸入）、ECHO引腳（回響信號輸出）、GND引腳（接地），實物如圖2。首先連接超聲波模塊的電源引腳和接地引腳，然后給觸發信號的輸入引腳輸入一個長為20 us的高電平方波，這時模塊就會自動發出8個40 kHz聲波，與此同時Echo（回波引腳）端的電平會由O變為1，然后超生波就會返回，從而被模塊接收到，回波引腳端的信號將會由1變為O，定時器計數停止，定時器記下時間是超聲波從發射到返回的總時間，最后根據以下公式計算出所測的距離：測試距離=[高電平時間×聲速（ 340 m/s） ]/2。

2.2 主控制模塊電路設計

主控模塊采用STC89C52單片機作為MCU，外圍電路中的晶振電路頻率為12 MHz，主控模塊電路具體設計如圖3所示。

2.3 聲光報警電路設計

聲光報警電路采用三極管Q18550作為驅動，聲光報警電路設計如圖4所示。其中R3為調節三極管基極偏置電流的偏置電阻，大小為2K。R4的作用為限制電路的電流，主要目的是保護指示燈不被燒壞。單片機P3.3管腳連接P33端，當三極管導通時P33為低電平，促使二極管發光，同時蜂鳴器發出報警。當P33由低電平變為高電平時，三極管截止，聲光報警停止。

2.4 光強度檢測電路設計

本電路設計主要采用光敏電GRI與AD信號采集芯片ADC0832對光線強弱變化進行檢測，光敏電阻首先采集光線，GRI的阻值會隨著光線的強弱發生變化，這樣電路中的電壓就會隨之變化，進而把光信號轉換成電信號，然后把電信號傳送給ADC0832的2管腳CHO。

光照度采集電路設計如圖5所示。光敏電阻GRI和R6（ IOK）電阻進行分壓，然后接到AD模數轉換器的模擬輸入通道O，主控單片機管腳P1.5接到ADC0832的片選使能CS引腳，CLK管腳接到單片機的管腳P1.4，單片機管腳P1.3接到數據信號端DI管腳。

2.5 LCD1602液晶顯示電路設計

本液晶顯示電路的DO-D7（數據端口）分別接到單片機的PO.O-P0.7管腳，E（使能端）接到單片機的P1.2管腳，RW（讀/寫選擇端）接到單片機的Pl.l管腳，RS（數據，命令選擇端）接到單片機的Pl.O管腳，Rl（限流電阻）連接顯示LCD顯示模塊的VO管腳，用來調節液晶顯示器明暗亮度。液晶顯示電路設計如圖6所示。

3 光照強度檢測子程序流程圖

首先，單片機初始化，然后光敏電阻對接收的光照強度進行檢測，通過A/D轉換將模擬信號轉換成數字信號，判斷光線是否過暗，如果光線過暗則信號會傳遞給蜂鳴器從而進行聲光報警提醒。如果光線不暗，光敏電阻將繼續檢測光照強度，以此循環往復。光照強度檢測子程序流程如圖7所示。

4 結束語

設計的基于超聲波測距模塊的智能視力保護器，與以往保護器不同之處在于，可同時進行距離和光照度雙重檢測。經實驗測試，系統運行穩定，準確率高，具有一定的商業應用價值。

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