1、基于单片机的多功能视力保护器本科毕业论文（设计） （物理与电子工程学院）院）电子科学与技术基于单片机的多功能视力保护器摘 要:本文主要探讨如何将视力保护器多功能化，利用单片机内部的定时和计数功能，以及单片机的c语言编程，同时利用光敏电阻感知光的强度实现光强度的报警系统。在距离方面，采用超声波技术来实现距离的报警系统。本文主要对单片机的发展和作用多个方面做了详细的分析，并且对保护视力的方法和仪器做了研究，探讨了怎么满足广大保护视力使用者的需求。从多方面分析视力保护器的前景和推广价值。关键词：传感器报警 光线强度报警 定时器 汇编语言 Microcontroller-based multi-fun
2、ctional eye protectionAbstract：This article discusses how the multi-functional eye protection, the use of single-chip internal timing and counting functions, as well as microcontroller c language programming, while taking advantage of perceived light intensity photoresistor light intensity to achiev
3、e the alarm system. In the distance, the use of ultrasound technology to achieve from the alarm system. This paper focuses on various aspects of the development and the role of SCM done a detailed analysis, and to protect the eyesight of methods and instruments to do the research, discusses how to m
4、eet the needs of the majority of users to protect their eyesight. Eye protection and promotion of the value of prospects from various perspectives.Keywords: sensor alarm, light intensity alarm, timer, assembly language.目 录摘 要 IAbstract I1绪论 11.1选题背景 11.2视力保护器的现状 11.3本文研究的内容 22.硬件系统的设计 32.1 89C52单片机的
5、介绍 32.2超声波测距报警电路 42.3 89c52单片机的中断系统 72.4 光线报警电路 72.4.1 光敏电阻控制电路 82.5 定时报警电路 92.5.1 单片机控制电路 102.5.2 蜂鸣器报警发声电路 112.6 液晶显示模块LCD1602 113 开发系统软件设计 123.1 系统软件设计 123.2 主要程序介绍 17结论 18致谢 19参考文献 201绪论现代中学生的视力状况越来越不容乐观，许多学生从很小就带上了眼镜。学生的眼睛情况越来越糟糕了，眼睛不健康对生活的很多方面都会有影响，有好多职业也是对实力有着严格的要求，而一旦近视，那么花再多的钱也无法换回原有的视力。专家认
6、为，造成学生视力下降主要是长时间高强度用眼和读写是坐姿不当两个方面的原因。在这样严峻的社会问题下，视力保护器的运用和发展就显的尤为重要。1.1选题背景我国已经成为近视的高发国家，中小学近视问题已经成为一个日益严重的问题。据统计，中国近视发病率日益提高。中国的青少年的视力情况每况愈下，这个问题值得我们所有人深思。近视问题是我们这个飞速发展的信息时代一个不得不面对的问题。是什么原因造成这么严重的现象呢？一方面中小学的学习负担也越来越重，学生需要长时间的面对书本，因此眼睛在长时间的疲劳下得不到休息也就会造成近视。另外一方面随着科技的高速发展，手机电脑为当下创造了很多的便捷，大家足不出户就能了解外面的
7、信息。但是由于电子屏幕长时间的刺激眼睛，眼睛得不到休息，也会造成近视的问题。总结上面的问题，近视的最根本的问题还是在于学生长时间的用眼不当。国家教委规定：学生在读写是，要在适宜的光线下，眼睛离读物一尺，身离读物一拳。但根据研究表明，绝大部分学生没有养成正确的读写姿势。怎么让学生养成良好的读写习性成为一个极为需要大家重视的严峻问题。在这样的环境下，视力保护器的开发与发展成为极其有意义和有必要的事情。1.2视力保护器的现状目前国内已经有很多电子企业关注到青少年视力问题。国内市场上有很多视力保护器，如新疆乌鲁木齐市旭之龙科技有限公司的“学生1.5视力保护器”又称坐视宝，它能对使用者的坐姿进行语音提示
8、。又如深圳市华恒电子有限公司的坐姿矫正器，它可以纠正读写时坐姿不当的问题。目前中国的市场，有关学生视力保护的产品虽然琳琅满目，但整体功能比较单一，他们与人们的实际需求还存在很大的差距，不能够满足广大使用者的需求。国外也有很多致力于视力保护的研究，但是他们更加注重探索发现引起近视的根本原因。他们认为通过合理的膳食搭配以及正确的读写习惯，能够对视力保护起到很大的作用。在此基础上能够降低近视发病率。研究表明，市场上真正能够满足使用者需求的视力保护器几乎没有。市场上大部分的有关视力保护的产品功能都比较单一，不能从多方面预防和保护使用者的视力。由于现在国内外市场的大量需求，视力保护器还存在很大的市场前景
9、和发展空间。国内外很多公司都在这方面进行了大量的研究，在不久的将来一定会有功能更加全面，能够满足使用者多方面要求的视力保护器，为青少年的视力问题作出巨大的贡献。1.3本文研究的内容1.当使用者的脸部距离书本的距离小于35CM时，保护器发出警报提醒。2.当使用者在光线不适合读书的环境下，保护器发出警报提醒。3.当使用者长时间改用眼睛超过45分钟时，保护器发出警报提醒使用者注意休息。4.视力保护器的光线强度，使用时间以及距离都是可以根据使用者的具体情况进行人性化的调节的。本次的设计能够真正在一定程度上帮助使用者养成良好的读写习惯。2.硬件系统的设计本文的硬件设计组要是利用89c52型单片机为核心，
10、电路主要由光强度报警、定式报警、测距报警三大功能组成。利用C语言编程实现整体功能的实现。 图2.1 系统设计的基本框图2.1 89C52单片机的介绍基于单片机控制的视力保护器的设计原理是超声波测距，这个系统还具有功能，单片机控制的技术。本次所用超声波测距模块能够检测450cm以内的距离。所采用的方法为时间法，就是依据声音的传播速度和时间的差值来计算出障碍物的距离。在电子线路中，采用了超声波的测距模块从而实现了障碍物的自动检测。在语音方面，采用了语音芯片ISD1420模拟了音频的经过功放电路的放大，输出的音量会变大，并且吐字清楚。在单片机应用中，准确的传输主要采用单片机的外部中断和定时器功能实现
11、超声波和接受。利用单片机I/O口模拟串行传输的声音，合成所需的数据。图2.2 89c52单片机的芯片原理图。如图2.1所示89c52型内部含有几大单元分别为：1. 8 位的微处理器(CPU)一个。向是将RAM 和ROM都集成在一块单芯片内，为用户的自我设计提供了便利，同时也提高了系统的抗干扰能力。7. 两个定时器计数器，定时器计数器有两种计数方式：一种是设置为计数外部事件的计数方式，另一种设定是定时模式。计算机控制是通过计数或定时的结果来完成的。为了使串 行通信的设计变的简单明了，现在市场上卖的52系列的单片机，都提供3个16 位定时器/计数器。2.2超声波测距报警电路超声波检测是一个价格低廉
12、，信号可靠，不会受光线天气电磁影响的一种非接触式检测技术。所以超声波检测必将有一个非常广阔的市场前景。现在，超声波因为它的原理简单，容易完成和低成本的一些特点，被广泛应用在液体位置的测量、移动机器人如何的定向和躲避障碍物等等方面。超声波测距系统是一个基于单片机的结构简洁、测量精确度高的系统。超声波换能器材料，如压电陶瓷和陶瓷的电致伸缩。这两种材料会使得超声波换能器存在阻抗失配的问题。就是虽然驱动脉冲结束了，但是因为惯性作用换能器依然会振动从而产生盲区影响系统的测量精度。因此，未来发展的一个重要方向是改进的超声换能器材料。回波信号处理技术的日益完善能够有利于选择更加合理的超声波发射脉冲。研发出更
13、加高性能的超声波换能器。提高超声波测距系统，分辨能力，和超声波测距的精确度以及超声波测距的抗干扰的能力。这个是超声波发挥各自的优点，得到的结果必然更精确与准确，这也是检测技术发展的一个热门的方向。图2.3 超声波时序图图2.4超声波测距报警电路2.3 89c52单片机的中断系统(1)中断概述中断可以分为软件中断和硬件中断两种类型。软件中断是指由程序发出中断的指令而暂停正在执行的程序进入中断状态。硬件中断是指由于外部的物理设备发出的信号请求厄尔进行的中断。如果在程序进行中，同时检测到多个中断请求，则按照发出的中断请求的优先级进行中断，优先级高的先中断。 (2)中断分类：通过中断是否可以屏蔽壳一将
14、中断分为两种，可屏蔽中断，非屏蔽中断。(3)中断处理步骤：程序接受到中断请求 按照优先级高低答应中断请求 执行中断程序，进入中断状态。 (4)中断标志寄存器(IFR)中断标志寄存器是中断系统中的核心部分，当出现一个中断时，IFR相应的标志位就由0变为1，由此变化CPU就能识别中断。当系统执行中断后，标志位又变为0。所以中断标志寄存器可以识别有效中断。2.4 光线报警电路本模块可以实现对光线强度的检测，主要由光敏控制电路和发声报警电路两大部分组成。当在一定的光线下，满足光敏电阻控制电路时会产生脉冲作用于单片机的P1.0口，当检测到P1.0高电平时，P1.1口会发出一个脉冲。这个脉冲这号能够满足发
15、声报警电路发出报警所需要的条件。此时，声电路发出警报来提醒使用者注意当下环境的光线强度，保护眼睛。 最适宜人看书和书写的光线强度为500LX600LX，下棋打牌150LX.通过对单片机的C语言编程，通过设定最适宜的光线强度，可以提醒使用者在适宜的光线下读书。同时也可以调节最强光线的界限来满足在干不同事情所需要的最适宜眼睛的强度。更加体现了本文的视力保护器的人性化。2.4.1 光敏电阻控制电路图2.5光敏电阻控制电路图2.6 LM339的结构图 2.5 定时报警电路定时报警电路由单片机控制电路和报警发声电路两大部分组成。对时间的控制是通过单片的定时/计数模块来实现的。当使用者用眼超过先前设定的时
16、间，就会 触发发声电路报警，来提醒使用者适当休息。89c52单片机内部有两个可编程的定时器/计数器，可以对外部的脉冲信号进行计数从而产生精确的时间。它们具有计数器模式和定时器模式两种工作模式，以及4中工作方式（方式0，方式1，方式2，方式3）。它们的控制字都在相对应的特助的寄存器中，可以通过对这些寄存器的编程方便的选择调用适合的工作模式和工作方式。当定时器/计数器为定时工作模式是，振荡器产生12分频信号，每经过一个机器周期时计数器自动加一，直至计数器的数值超过阈值发生溢出是才会停止。输入脉冲的时间间隔为0.5秒。2.5.1 单片机控制电路单片机控制电路由89c52单片机的P3.4和P3.5即T
17、0和T1定时/计数器通过单片机的c语言汇编实现。可以设定时间的初始值为45分钟，其计时初值可计算如下：定时用的c语言程序见附录。2.5.2 蜂鸣器报警发声电路图2.7. 蜂鸣器报警发声电路如图2-5-2所示，三极管在电路中的组要作用是驱动功能。由于单片机的IO口驱动还不能够满足蜂鸣器发声的条件，所以采用三极管放大驱动电流，让蜂鸣器发出声音。要让蜂鸣器发出声音时，单片机的定时功能产生一个震荡脉冲信号，三极管导通被高电压导通，使电流能够传输，电流通过蜂鸣器使其发出声音。当输出低电平时，三极管没有被电压导通，所以三极管就阻挡了电流的传输，蜂鸣器也就不能发出声音。2.6 液晶显示模块LCD1602液晶
18、LCD1602电路与单片机连接如下： 图3-14 连接电路图 这是1602的晶体模型设计。可以显示中文的拼音也可以显示英文。还可以显示阿拉伯字符。GND主要是与地线连接的。BLK接的是电源的负极，所以还要与地线加以连接。电源线接的是5V。BLA连接的是电源的正极。Vee控制液晶的亮度，可以连接10K的电位来调节液晶的亮暗。RS是液晶的一个寄存器的选择端口。高低电平分别选择不同的寄存器。P3.5是一个控制RS做出选择的引脚。R/W是一个可以读也可以写的端口。高低电平时读写操作。EN只有是低电平的情况下液晶才会工作。3 开发系统软件设计在产品设计时要选择合理的汇编语言，简单的汇编语言能够提高执行速
19、度。本文所采用的是单片机C语言来完成产品的设计和执行。程序比较简单易懂，可执行性也比较强。3.1 系统软件设计由于汇编可以完成C语言有些不能完成的操作，所以本软件采用Keil Software,使用单片机汇编语言。因为程序中对时间的要求比较苛刻，所以这一部分可以采用内嵌汇编来重写，以便提高速度。在软件开发时可以先设计主程序流程图，先划分好各个功能的子模块，再逐一对各个子模块进行汇编设计。这样是一种比较高效的方法。图3-1-1为程序流程图，图3-1-2为定时器T0的中断流程图，图3-1-3为计数器T1终端服务流程图。T0表示电时气，T1表示计数器。只有定时器的定时时间达到100ms后，计数器才计
20、数一次，同时定时器T0中断并进入下一个定时周期。当再次满100ms时，计数器再记忆次数，同时定时器再次中断并进入下一个周期，如此循环下去，直至计数器计数达到30000次时，计数器进入到中断程序。这时单片机产生一个脉冲信号触发定时报警电路发声报警，提醒使用者使用时间高强度用眼已经达到了45分钟，所以要让自己的眼睛休息一下，在休息的时候使用者可以将视力保护器的电源关掉。休息结束后，再次使用开启电源，定时器和计数器再次进行上面所描述的循环，直至再次计数再一次加到30000次，从而再次触发报警发声电路对使用者进行提醒。图3.11 图3.12图3.233.2 主要程序介绍单片机编写的语言有c语言和汇编语
21、言这两种。本次设计所采用的编写语言是C语言程序。C语言和汇编语言的比较，可以很容易地看到，汇编语言主要用于硬件，它是掌握硬件的功能和一些特殊的性质。效率高但是不便于阅读也不方便转移。一旦单片机换掉了，汇编的程序就无法重新利用，比较麻烦。C语言是对过程进行的编程。因此更加方便阅读和重复利用。但是效率略差一些。一开始学习的时候，语言没什么不同。只是越到后来。越能发现C语言的强大优点。各个主要程序段介绍如下：1设计要求满足定时45分钟后报警，其初值计算如下： 2.程序为：结论本次的设计时基于单片机的视力保护器，主要通过监测光线强度，使用时间以及脸部与书本的距离来起到保护视力的作用。当光线，时间，距离
22、其中直至不能满足健康范围时，电路中的发声报警装置就会发出警报提醒使用者注意书写的规范，从而达到保护视力的作用。视力保护器在硬件上主要是以89c52型单片机为核心，在软件发面主要是通过单片机的c语言编程来实现相关功能。本文的创新之处在于：1.与市场上常见的测距离报警的视力保护器不同，本文增加了光敏电阻测光线强度，单片机记使用时间的功能，是视力保护器更能满足广大青少年的要求，更具有人性化。2.发展了利用单片机的功能设计视力保护器的思想，推广了单片机在现实生活中的应用。在设计的过程中，不能避免的会遇到很多不能与其的问题。遇到问题和困难时不能够慌乱，必须沉着冷静的找出问题的根源。通过在图书馆翻阅相关书
23、籍，在互联网上查找相关资料，向知道老师的请教，在过程中的问题一一得到了很好的解决。通过此次的毕业设计，让我在完成设计的过程中学到了好多在平时书本上学不到的知识，让我对我大学四年所学的专业有了一个进一步的认识，也为我之后的职业发展起到了一定的指导作用。这次的毕业设计让我受益匪浅。单片机那么小的一个芯片，只要加以适当的程序和一定的连接电路，就能达到预想结果，这个世界是属于科技的，正是因为这些发明创造才有了我们今天如此便捷的生活。未来计算机的发展是非常重要的，它可以解决生活中的许多困难。这次的毕业设计也让我对超声波有了更透彻的理解。有些时候我们人类往往对自己不懂的内容会恐惧或者崇拜，其实当自己搞懂的
24、那一刻，一切都是那么的简单。现在市面上对盲人避障的装置销售的还不多，我就希望有一天科技可以发达到降低这些高科技产品的生产成本，使更多的人有机会得到应有的帮助。由于自己的见识毕竟短浅，能力也欠缺，所以在设计过程中也难免出现了很多不尽如人意的地方。还望指导老师能够包容和谅解一下。致谢随着本次设计的结束，充实而又多彩的大学生活也即将结束。在江苏师范大学的四年时光，让我收获了许多人生中最为珍贵的东西，感谢母校江苏师范大学对我的培养，为我的人生添上了了浓墨重彩的一笔，值得我一生去回味和珍惜。在我的毕业论文撰写期间，尤为要感谢的是我的指导老师魏明生老师。在我遇到困难和问题是，都是魏明生老师给了我及时的指导
25、，对我的毕业设计提供了非常大的帮助。魏老师待人真诚，时常给我进行一些理论上的指导，及时帮我纠正我设计过程中出现的错误。一个好的作品的完成绝不是靠哪一个人就能完美完成的，无论做什么都离不开他人的帮助。我很幸运，自己可以遇到好的导师，遇到对我有利并且乐于帮助我的朋友。完成硬件制作后就立马投入了论文的书写中，这期间我们的导师魏明生是很兢兢业业的，经常发短信询问我们的进程，还有给我们很多论文上的指导，老师就像我们的父母一样，对我们的问题不仅很耐心地回答，还会给我们很多宝贵的建议。同时要感谢我的辅导员李亚东老师。在他担任我们班级辅导员期间，把我们班建设的更加具有凝聚力，让我在大学四年成为了一个优秀班集体的一员。希望的毕业设计在这么多天的努力下能够迎来答辩老师的肯定，也算是我对这些帮助过我的导师和朋友的最好回报了。参考文献
