自動視力測試系統設計

張文芳 謝雪丹 鄭鎖珍

（山西能源學院 山西省晉中市 030600）

眼睛是我們感知外界的重要器官之一，然而近年來，我國青少年近視率居高不下，并隨著學歷的提高而呈現上升的態勢[1]。目前，市場上使用最普遍視力測試的裝置有兩種:一種是驗光儀屈光檢查，具有精度高、速度快，測試過程無需測試者參與判斷。但這種檢查設備功能齊全價格昂貴，主要適用于專業眼鏡商店驗光等需要高精度測量的場合[2]。另一種是人工燈光定位的簡易測試裝置，燈光定位測試設備價格便宜，比原始的長棒點擊要進步得多，但還是相當煩瑣，醫務人員既要通過指示棒測試信號點，又要觀察測試者判斷得正確與否，考慮進一步給出測試的等級和方位。針對這種現狀，有必要設計一種多功能、低成本、高精度、低功耗的自動視力測試系統。

1 總體方案設計

圖1 為系統的總體硬件框架圖，整個系統包括：核心處理單元，語音播報模塊，紅外接收模塊，LCD 顯示模塊，LED 矩陣控制模塊。核心處理單元選用STC89C52 芯片，用于整個系統的控制，接收紅外接收模塊給出的方向信號，根據國際標準視力表判定方向的正確與否，經過一系列判定后給出左眼或右眼的視力值，并輸出矩陣控制信號實現LED 矩陣中相應LED 燈導通，其中LED 矩陣中LED燈分別與視力表上對應區位塊對應，每次只有一個區位塊點亮，利用紅外遙控在語音提示下自助測試視力，測試結束后左右眼視力分別顯示于LCD 液晶屏，同時進行語音播報。

2 硬件系統設計

2.1 核心處理單元設計

本系統采用STC89C52 單片機作為系統的核心控制模塊，圖2是STC89C52 的最小系統電路圖。主要包括STC89C52 單片機控制器、晶振電路、復位電路。單片機分析處理紅外線模給出的信號，發出具體的控制命令。晶振電路為整個單片機正常工作提供脈沖信號。復位電路有助整個系統恢復到最初的工作狀態。

2.2 LCD顯示模塊模塊設計

設計中LCD 顯示模塊如圖3 所示，采用 1602 液晶顯示器，能夠同時顯示16x02 即32 個字符（16 列2 行）。它是一種專門用來顯示字母、數字、符號等的點陣型液晶模塊。主要用來顯示測試者視力，采用5V 供電，DB0-DB7 為雙向數8 位據線，VEE通過連接一個10KΩ 可變電阻來調節對比度。

2.3 紅外接收模塊

圖4 為紅外接收模塊電路圖，該模塊采用VS1838，主要是向單片機發送測試者的選擇信號，使單片機做出分析。

2.4 語音播報模塊

圖5 為語音播報模塊電路圖，語音模塊采用北京宇音天下科技有限公司推出的SYN6288 中文語音合成芯片。設計中OTP 語音芯片在電路模塊中與SYN6288 形成并聯電路結構，并統一通過串口接收上位機的文本合成TTS 命令。SYN6288 通過異步串口接收帶合成的文本，實現文本到聲音（TTS）的轉換。

2.5 LED矩陣模塊設計

圖6 為LED 矩陣模塊電路圖，矩陣模塊的控制采用三個74HC595(8 位輸出鎖存移位寄存器)對一個8*16 的LED 矩陣進行控制，該芯片帶12 個數字I/O 管腳，其中每個都可以對一個數字量進行控制，從而實現類似于點亮一個發光二極管這樣的功能。由于單片機引腳有限，而8*8 的LED 矩陣中需要點亮的LED 數量較多，故采用三個74HC595 級聯的方法，通過單片機上有限管腳產生任意多個的數字輸出。電路中單片機的三個數字I/O 端口分別控制DS、SH_CP 和ST_CP，然后將MR 和OE 分別接VCC 和地。

圖1：自動視力測試系統框圖

圖2：核心控制器信號處理模塊電路圖

圖3：LCD 顯示模塊電路圖

圖4：紅外接收模塊電路圖

圖6：LED 矩陣模塊設計模塊電路圖

3 軟件系統設計

系統功能依賴系統軟件實現。軟件采用C 語言編寫。由5 大模塊組成：LCD 顯示模塊、紅外接收并識別模塊、語音播報模塊、視力判定模塊、LED 矩陣控制模塊。主程序設計流程圖7 所示。

4 系統測試

圖7：自動視力測試系統流程圖

圖8：自動視力測試系統

如圖8 所示，自動視力測試系統外部共由以上6 部分組成：視力表面板、揚聲器、紅外遙控器、紅外接收頭、電源線、LCD 顯示屏。為美觀起見，其余包括STC89C52 為的處理單元都安裝視力表面板后面。

首先測試左眼，用眼罩遮住右眼，面板上的判決等會從上面第一行開始判決，當紅外遙控器點按正確時，進去下一行，紅外遙控點按方向錯誤時輸出上一行視力值。隨后進行右眼測試，如圖9 所示第四行第三個E 字點亮，方向向右。

當雙眼都測試結束，LCD 屏幕上會分別顯示左右眼視力值，如圖10 所示，受測試者左眼視力為4.0，右眼視力為4.2。同時揚聲器進行語音播報。

圖9：系統測試結果

圖10：LCD 顯示系統測試結果

5 結束語

本文設計了一種基于STC89C52 單片機的自動視力測試系統，采用單個LED 背光的指示方法，由測試者本人通過紅外遙控器發出方向信號，測試過程中試者可通過語音提示和顯示模塊所提示的文字信息進行測試，測試結束后通過LCD 顯示，并語音播報測試者的視力值。實際測試結果表明，測試準確，整個測試過程單人即可完成，具有一定的推廣價值。