自助式多功能智能視力檢測儀

張明宣

（吉林大學 吉林省長春市 130012）

近視是一種常見的眼病，給我們的生活、學習和工作帶來很大的不方便。我們研制的自助式多功能視力檢查儀可實現了精度較高、全程自動化的視力、散光和色覺等視力指標測量；采用隨機、單個視標顯示法，有效的排除了視覺擁擠以及背誦視力表的可能，最大限度地排除人為猜測與輸入錯誤的干擾；采用語音和無線操作手柄，方便測試人的操作。利用這個儀器，可以方便人們進行視力測量，為人們的眼保健及臨床診斷提供重要信息同時，自助式多功能視力檢查儀可用于醫院眼科的視力初查，不用護士的幫助，可節省人力。

1 項目研究內容

本研究是以現階段中國近視人數越來越多的現象為背景，研制一種讓人能更加方便準確的檢查自己視力情況的產品。如圖1所示，該產品主要有主機和無線操作手柄組成，主機包括單片機、LCD顯示屏、距離測量和環境光強測量相關的傳感器和電路、無線通訊模塊、供電電源電路，無線操作手柄內部包括單片機語、鍵盤和語音播放模塊。

圖1：自助式視力檢查儀的構成框圖

主要的工作過程如下：通過距離檢測和語音引導使用者站在LCD屏幕前方的合適位置后，屏幕上開始隨機出現不同方向的視力檢測符，使用者通過遙控器上的按鍵對屏幕上的“E”方向進行選擇，并通過無線模塊反饋到主機，檢測完后會在屏幕上顯示出使用者的視力測試結果。

研究工作將緊緊圍繞產品功能展開，主要研究內容包括：

（1）單片機程序開發和自助式視力、散光、色覺等指標檢測方法的設計。利用單片機驅動LCD顯示屏，顯示視力、散光和色覺檢查需要的圖形，采用無線按鍵和語音提示，來取代需要他人輔助的視力指標檢測。還包括LCD顯示屏的驅動和背光調節技術。

（2）設計和調試距離測量電路。設備可根據不同的場地大小限制進行主機和測試人之間的距離調整，在遙控器上設置5m、3m、2m的多種檢測檔位，通過紅外檢測使用者與LCD屏幕之間的距離來判斷是否可以開始進行視力檢測。在不同的檢測檔位下，機器會調整相同視力等級所對應出現的視力檢測符“E”的大小，確保檢測結果的準確性。

（3）語音播放模塊的設計開發和語音引導設計。。在使用者設置使用檔位后，設備會通過語音引導使用者走到合適的位置，當使用者在視力檢測過程中位置發生移動，遙控會通過語音以及屏幕上的文字提示讓使用者規范使用操作，使測試結果準確可靠。

（4）環境光強度測量電路的設計開發，并根據周圍環境亮度來調整LCD屏幕的背光亮度。使設備能不因周圍環境亮度的改變而產生檢測結果的偏差，以達到檢測結果的最優化。

（5）無線通訊電路的設計和開發。用于設備主機和無線操作手柄之間的無線數據通訊。

2 項目特色及創新點

2.1 完全自助測量，無需醫護人員或他人的協助

自助式多功能視力檢查儀，可在完全沒有醫護人員或他人的干預下，讓體檢者方便快捷的進行視力檢測；操作簡單，適合于各類人群來操作，實現完全自助式的效果。

2.2 測量視力的距離可調節，受使用場地的限制?。煌瑫r測試環境光照，視力測試準確

自助式多功能視力檢查儀內置多個檔位，不同的檔位對應被檢測者與顯示屏之間不同的距離，如5m檔、3m檔等。使用者可以根據場地環境選擇合適的檔位。在不同的檔位下，使用者在相同視力等級所看到的視力檢測符“E”大小不同，以達到距離和視力等級正確匹配的效果，提高了檢查儀的科學性和準確性。

2.3 操作簡單，與檢查者通過語音和無線操作互動

自助式多功能視力檢查儀內置語音播報模塊，可以引導被檢查者自助檢查，同時將檢測結果第一時間播報出來，實現簡單、快捷地檢查視力。

采用遙控手柄和主機無線操作、互動交流,將檢查人的眼睛觀察結果通知主機。

2.4 測視力的同時可檢查散光與色盲

自助式多功能視力檢查儀內置檢查視力的圖表，同時帶有檢查散光和色盲的圖標，被檢查者可以在測得視力的同時，可以檢查自己的散光和是否色盲的情況。

3 項目實施方案

本項目以嵌入式系統工程設計為基礎，嚴格按照嵌入式系統項目開發的生命周期：主要采用面向對象的設計思想，將整個產品分為多個模塊進行硬件和軟件的同步開發。圖2為本項目的研制實施框架。

圖2

在需求分析階段，我們通過查找文獻資料并結合市面上已有的視力檢查儀，了解到該類產品開發的主要功能，查找出可以改進的地方，并結合我們產品的創新特點——距離可適應進行新產品重新設計，分析出該產品主要包括這四大功能：語音播報、距離檢測、視力檢測符大小可變化和色盲色弱判斷。

在方案設計階段，我們采用模塊化設計的思想，將整個產品分五大模塊。本產品的主控芯片采用STM32F103ZET6。此外，由于產品功能所占用單片機內部資源并不多在keil平臺上利用已有的庫函數可以輕松實現相關的功能。以下是這五大模塊的具體實現方案設計：

（1）LCD顯示模塊：擬采用大彩科技公司的DC10600F101_2111_0N串口顯示屏，可通過在TFT visual仿真平臺進行軟件編程，將要顯示的圖片預先存在顯示屏的內存中，根據工作狀態顯示不同的內容。此外，該顯示屏還可以通過串口與單片機進行數據傳輸，可將要顯示的文字從單片機送到LCD 顯示屏上。

（2）光照檢測模塊：本模塊主要是基于GY_30感光模塊得以實現。GY_30內置16位的A/D轉換器，可以實現將光照強度直接轉換為數字量輸出給單片機，用于調節LCD顯示屏的背光亮度。

（3）遙控模塊：采用紅外遙控技術，它是一種無線、非接觸控制技術，具有抗干擾能力強，信息傳輸可靠，功耗低，成本低，易實現等顯著優點，被諸多電子設備特別是家用電器廣泛采用，并越來越多的應用到計算機系統中。

（4）測距模塊：本模塊使用HC-SR501 RD-624人體紅外感應器與激光傳感器TL-Luna，檢測人物是否位于機器前并測量人物距離LCD屏幕的距離，實時將相關數值實時返回到單片機。

（5）語音模塊：語音播報器采用 MY1690-16S 語音芯片，它是一款由串口控制的外掛FLASH存儲芯片的MP3主控芯片。支持MP3、WAV格式雙解碼，最大支持16M Byte FLASH，也可外接U盤或USB數據線連接電腦更換FLASH存儲芯片音頻文件。同時，加入 LM4871 單聲道橋式驅動的音頻功率放大器，語音播報器能夠隨之進行音頻的音量調整，可滿足本產品的語音播報的需求。

另外，除了這五大模塊的設計和制作以外，由于檢測距離可調需要保證使用者能得到正確視力等級評定，我們還需要根據國家視力檢測的原理來對視力檢測符“E”的大小進行計算和設計，以達到正確的檢測效果。還要設計散光、色覺的測試圖案和測試方法。

在項目完成階段，主要進行一下幾個方面的工作：軟件開發、硬件仿真、下載到單片機上進行功能驗證和系統指標測試。本階段將會耗費整個項目開發的60%以上的時間，是本次項目的重中之重。

在作品呈現階段，完成實物的組成和預使用，撰寫論文以及專利的申請等多個部分。

4 結束語

本文核心思想是運用現有技術發明制造一款自助式的視力檢查儀，在使用較少人力、物力、財力的基礎上來幫助人們更方便，快捷，準確的測量視力，色覺等多項指標。