1、最新视力保护器的设计与实现开题报告1. 选题的背景和意义我国是世界上近视发病率最高的国家之一，近视眼人数世界第一。据统计由于近视导致的眼盲，已仅次于白内障，青光眼而居第三位。近视已被列为三大疾病之一。中国学生视力低下的状况令人担忧，而写字看书姿势不正确和看书写作业的时间太长是导致近视的主要原因。所以设计一款人性化的视力保护器意义重大。1.1 选题的背景近视在发展中国家十分突出，亚洲国家近视发生率在70%-90%左右；美国和欧洲近视发生率在30%-40%，全世界几乎所有的人群都存在近视。亚洲人比欧洲人更为常见，女人比男人常见（女性是男性的两倍）。目前，据中国、美国、澳大利亚合作开展的防治儿童近视
2、研究项目前期调查显示，我国人口近视发生率为33%，全国近视眼人数已近4亿，已经达到世界平均水平22%的1.5倍。而近视高发群体青少年近视发病率则高达50%至60%，其中小学生近视眼发生22.78%，初中生为55.22%，高中生为70.34%，大学生高达80%以上。我国是世界上近视发病率最高的国家之一，近视眼人数世界第一。据统计由于近视导致的眼盲，已仅次于白内障，青光眼而居第三位。近视已被列为三大疾病之一。而引起近视的主要因素：1.用眼距离过近。据有关资料报道，青少年近视眼以长期用眼距离过近引起者为多见。青少年眼睛的调节力很强，当书本与眼睛的距离达7-10厘米时仍能看清物体，但如果经常以此距离看
3、书，写字就会使眼睛的调节异常紧张，从而可形成屈折性（调节性）近视，所谓的假性近视。如果长期调节过度，使睫状肌不能灵活伸缩，由于调节过度而引起辐辏作用加强，使眼外肌对眼球施加压力，眼内压增高，眼内组织充血，加上青少年眼球组织娇嫩，眼球壁受压渐渐延伸，眼球前后轴变长，超过了正常值就形成了轴性近视眼，所谓真性近视。而正常阅读距离应是30-35厘米。2.用眼时间过长。有的青少年看书写字做作业，看电视等连续3-4小时不休息，甚至到深夜才睡觉休息，这样不仅影响身体健康，而且使眼睛负担过重，眼内外肌肉长时间处于紧张状态而得不到休息，久而久之，当看远处时，眼睛的肌肉不能放松而呈痉挛状态，这样看远处就感到模糊而
4、形成近视。一般主张连续看书写字或看电视40-50分钟就应休息片刻或向远处眺望。由上述可知，中国学生视力低下的状况令人担忧，而写字看书姿势不正确和看书写作业的时间太长是导致近视的主要原因。所以设计一款人性化的视力保护器意义重大。1.2 国内外研究现状通过市场调研，根据原理将视力保护器可具体分为机械平衡式视力保护器，支架式视力保护器，电子平衡式视力保护器和测距式视力保护器。例如：1.5视力保护器，电子平衡式防瞌睡报警器，背背佳，利姿坐姿矫正器，支架式坐姿矫正器，iPosture，Visomate威士美 USB视力保护器，文具盒式坐姿矫正器，其中1.5坐姿矫正器，背背佳，支架式坐姿矫正器，电子平衡式
5、防瞌睡报警器最为普遍。还有一些是技术人员自制的坐姿矫正器如坐正宝，微电脑式坐姿矫正器，红外测距式坐姿矫正器等。然而这些现有产品都存在的自身的局限性。如背背佳，支架式坐姿矫正器等产品不但没有保护视力的作用，还可能产生反作用，1.5视力保护器，iPosture，Visomate威士美 USB视力保护器，文具盒式坐姿矫正器等产品对使用的环境和人群存在着局限性。1.3 发展趋势在中国消费电子产业力图摆脱加工模式而寻求转型之际，全球产业发展的四个趋势给我们的产品带来了新的机会。北京华兴万邦公司日前发布了08及09国际消费电子市场调研报告。这份面向行业人士免费提供的报告揭示，全球消费电子产品在产品定义、外
6、观设计和功能应用等等方面正在发生巨大的变化，其中最值得关注的是“绿色技术正在成为消费电子创新源泉之一”，“小的、而且是美的”，“互联网改变消费电子产品定义和设计思路”，“服务、网络、内容与消费电子产品的一体化设计”发展。这四个趋势值得国内消费电子产品制造商、芯片供应商、软件供应商和内容供应商等厂商高度关注，以在今天技术和市场的巨大变化中寻求到新的发展机会1。通过市场调研，目前坐姿矫正器有机械平衡式坐姿矫正器，支架式坐姿矫正器，电子平衡式坐姿矫正器和测距式坐姿矫正器这几类，而这些矫正器都存在功能单一的缺点，许多矫正器缺乏人性化设计，由于自身构造的局限性，造成适用人群和环境的局限性，所以现在没有被
7、广泛使用，中小学生的视力低下的状况仍将延续。顺应消费电子产品的趋势，本课题就是研究一款拥有测距定时提醒，角度变换，灵敏度高，携带方便，外形美观，适用于任何人群和环境的视力保护器。2研究的基本内容本课题运用模电、数电、单片机这些课内专业知识，借以人机工程学2，设计一款拥有测距定时提醒，角度变换，灵敏度高，携带方便，外形美观，适用于任何人群和环境的视力保护器。该产品以单片机为核心，测距传感器，时钟电路，LED显示器，蜂鸣器，发光二极管组成外部电路，运用合适的硬件和软件开发。产品使用及功能示意如图1.1。图1.1 产品使用及功能示意图2.1 基本框架系统可根据实际电路分为测距部分，时钟定时及提醒部分
8、。系统框架如图1.2。图1.2 系统框架图本设计采用STC89C52RC作为微处理器，以PHILIPS的PCF8563作为时钟芯片，T/R40-16P压电式超声波传感器，2K位串行CMOS E2PROM 的24C02数据存储器，LG5641AH四位共阴LED数码管，以TI公司推出的兼容RS232标准3的MAX232作为串口通讯。2.2 研究的重点和难点如何通过物理结构实现角度可调和如何使人机工程学充分地在产品中展现是研究的难点。这是人性化设计的难点，现代的产品一般给人传递两种信息，理性和感性两方面，对于理性的方面如产品功能、材料等是现在人们使用的基本要求，而另一种感性的方面则作为附加价值被人们
9、所重视。其实从人的本性来看人的感性更多于理性，从这个角度出发，冰冷而机械味十足的“不友善” 的产品可以说是生产者强加于人们去使用的，是违背了人的本性而不符合人的生理及心理习惯的。而在产品的设计研发过程中，产品的感性设计具有很多的不确定因素，因为捕捉人类感性领域是一个很难定量的系统。把人的因素放在首位的思想，强调人、产品、环境、社会之间相互依存、互促共生的关系3。2.3 拟解决的关键问题(1)测距部分：超声波是一种频率超过20KHZ的机械波。压电传感器中的压电晶片受发射电脉冲激励后产生振动。当超声波作用于晶片时，晶片受迫振动引起的形变可转换成相应的电信号。前者用于超声波的发射，后者即为超声波的接
10、收，而且每一种压电传感器有固定的工作频率。超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差t,然后求出距离S=Ct/2，式中的C为超声波波速。一般在空气中的超声波传播速度为340m/s。由于超声波也是一种声波，其声速C与温度有关，表1.1列出了几种不同温度下的声速4。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离。这就是超声波测距的机理。表1.1 不同温度下的声速温度（）-30-20-100102030100声速（米/秒）3133193253
11、23338344349386(2)时钟部分：PCF8563的读写程序，及闹铃报警程序。PCF8563采用I2C总线接口，因此程序设计要实现I2C总线协议。(3)人机交互部分（按键和显示）：合理地分配按键的功能，尽最大限度地实现各个按键的利用率。因为是多位显示，又不能加重单片机负担，所以要采用四位共阴LED数码管，这就需要其响应8ms定时中断程序5，利用人眼的盲区，实现功能。3研究的方法及措施本系统包括两大方面的主要功能：距离提醒和时间提醒。距离提醒主要针对人体坐姿不当，眼睛看事物距离过近，而产生提醒功能；时间提醒主要针对眼睛看事物时间过久，而产生提醒功能。系统工作方案（从输入输出角度）分为：测
12、距定时和提醒方式。1.测距定时(1)测距：采用超声波测距原理（如图1.3），拥有距离显示功能图1.3 超声波测距原理40KHZ超声波信号由集成芯片NE555产生6，占空比可调的方波发生器。NE555内部的比较器灵敏度较高，输出驱动电流大，而且采用差分式电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。信号输入端由单片机软件产生，由三极管C9013放大，增益较大，会产生较好信号，由超声波发射探头发射信号。超声波经过该级电路之后，发射出来的波形可能受外界干扰影响而产生稍微偏差，但频率是比较稳定的。由于在距离较远的情况下超声波的回波信号比较弱，接收换能器R40-16P的输出信号只有几十毫伏，因此
13、接受到的回波信号首先经过4运放集成的LM324进行放大，放大倍数约100倍，放大后的信号经电平变换电路加以滤波以及电平变换，输出低电平即表示监测到回波信号，若输出是高电平即表示未检测到回波信号或发射探头未发射信号。LM324是一个四运放集成电路7，并且可以单电源供电，静态功耗小，价格低廉等优点，广泛应用在各种电路中。(2)定时：通过时钟电路（PCF8569）实现（如图1.4），拥有时钟显示和定时功能 图1.4 时钟定时原理PCF8563为CMOS型兼并时钟和日历，共8个引脚，有时钟输出、中断输出等。通过单片机实现对I2C总线的EEPROM 24C02中数据的读取与写入操作。2.提醒方式考虑到产
14、品应不受环境局限（充分体现人机交互性），所以分为二种提醒方式：语音式和闪灯式。这二种方式用户可根据自己所处的环境自行选择。(1)语音主要依靠蜂鸣器实现，设定单片机输出的不同频率来控制交流蜂鸣器发声。(2)闪灯主要依靠廉价的发光二极管，通过单片机输出的高低电平进行闪烁。系统整体硬件电路如图1.5。4预期研究成果本毕业设计的研究成果将包括：(1)市场调研报告。(2)产品概念设计方案，设计具体的产品三维外观。(3)产品实物。(4)毕业论文。5研究工作进度计划第七学期第 47 周： 查找相关资料第七学期第 89 周： 翻译外文文献第七学期第10周： 完成文献综述第七学期第1112周： 撰写开题报告第七
15、学期第1213周： 整理开题材料，答辩以及相关的小结工作第七学期第1415周： 分析系统，确定具体的设计思路，建立模型第七学期第16周： 完成硬件电路设计第八学期第 12 周： 设计软件流程图，完成软件编写第八学期第 34 周： 完成成果制作，测试整个系统第八学期第56 周： 整理材料，答辩以及完成总结工作。图1.5 系统整体电路图毕业设计（论文）文 献 综 述（包括国内外现状、研究方向、进展情况、存在问题、参考依据等）关于基于电子产品的文献综述1. 国内外研究现状电子产品分为雷达及无线导航，电子元器，通讯产品，电子设计加工，广播，电视设备，金融电子，数控设备，商业电子，仪器、仪表等。随着科学
16、技术的飞速发展，在生活水平不断提高的同时，人们的生活方式随之产生了巨大的变化。电子产品逐渐进入家庭，从电扇到空调，从黑白电视机到彩色电视机，从单缸洗衣机到全自动洗衣机等等。电子产品使人们从重的体力劳动中渐渐解放出来，使人们的生产生活更加快速便捷。人们对电子产品的依赖与日俱增。电子产业是我国增长最快的行业之一, 1995年到2003 年, 电子产业总产值由2471 亿元增加到24058 亿元, 增长874%, 年均增长32.9%; 电子产业增加值由449 亿元增加到3545 亿元, 增长690%, 年均增长29.4%, 均远远高于同期制造业的平均增长速度。电子产业的持续快速增长, 初步确立了我国
17、作为世界电子产品生产大国的地位。1998 年中国大陆电子产品总产值占世界电子产品总产值的4.52%, 超过作为世界重要电子产品生产基地的韩国(3.96%) 和台湾(2.86%), 仅次于美国(30.40%) 和日本(19.58%)9。目前，我国已成为世界电子产品第一制造大国，手机、微型计算机、彩电、数码相比、激光视盘机产量分别占全球的49.9%、60.9%、48.3%、80%、85%，电子信息产品贸易额占全球的15%以上;而2010年是中国3G全面商用的一年，预计全年新增移动电话用户1亿户，加上用户更新手机，预计全年国内市场需求超过2.5亿部10。2研究方向现在人们的活动范围越来越少，因为工作
18、的空间限制，人们希望得到信息也越来越广，在美国提出的传感概念，我们中国人口多，更加需要在这个“拓展空间”上面下功夫，以后我们不出门就可以感知到，想要感知的任何地方的信息，比如身边的朋友在什么地方，干什么，想什么，在那个地方，那里的天气情况，风力的大小，空气的湿度等。电子产品研究方向就是朝着人与对象互通，快捷便利地获取信息。北京华兴万邦公司日前发布了08及09国际消费电子市场调研报告。这份面向行业人士免费提供的报告揭示，全球消费电子产品在产品定义、外观设计和功能应用等等方面正在发生巨大的变化，其中最值得关注的是“绿色技术正在成为消费电子创新源泉之一”，“小的、而且是美的”，“互联网改变消费电子产
19、品定义和设计思路”，“服务、网络、内容与消费电子产品的一体化设计”发展。这四个趋势值得国内消费电子产品制造商、芯片供应商、软件供应商和内容供应商等厂商高度关注，以在今天技术和市场的巨大变化中寻求到新的发展机会1。在未来一段时间里，除了部分新的技术和应用市场，电子产业的发展还是将实用和低价为主，发展新兴市场和做好性价比将是2010年电子产业发展的重点。这一趋势在中国最热门的电子元器件、材料与设备展ELEXCON2010的布局中体现的就十分明显，据展览组委会介绍，今年ELEXCON将加重针对节能技术、新能源等领域的应用，以及创新设计、新材料与工艺等方面进行推广与组织筹备，如LED、太阳能、风能、3
20、G、电子书、智能手机、物联网等新兴市场都将成为推广的新热点。而工业电子、汽车电子、TI与消费类电子、手机与网络通信等应用领域则将更加注重低功耗设计、低成本设计的趋势11。3进展情况信息技术的广泛渗透和深度应用将催生出一批新的增长点。目前受到全世界广泛关注的智慧地球、物联网等概念实际上是新一代网络和信息技术的深度应用。另外，电子信息产业因其具有对传统产业结构升级的推动和渗透作用，其与传统产业的融合发展将成为产业未来的发展趋势12。电子产品以电池供电的应用越来越多，而且由于产品体积的限制，很多是用纽扣电池供电，如无线传感器网络(WSN)、手持式仪表、玩具等。系统功耗尽可能低。随着应用的复杂度的提高
21、，对处理器的功能和性能要求不断提高，既要外设丰富、功能灵活，又要有一定的运算能力，能做一些实时算法，而不仅仅做简单的控制。产品更新速度快，开发时间短，开发工具简单、廉价、功能完善。仿真工具有延续性，能适应多种MCU。产品性能稳定，可靠性高，既能加密保护，又能方便升级13。据调查显示，2010最受期待的电子产品有：掌之阅之娱ipad掌中平板电脑，用之阅之全iphone4惊艳亮相，海之阅之无海尔展出全球首台“无尾电视”，传之阅之快USB3.0掀新一轮存储革命，助之阅之强Powermat无线充电设备，容之阅之大之松下展示SDXC卡容量达2TB，3D之阅之广松下152寸3D等离子电视，本之阅之异三星展
22、示透明AMOLED屏笔记本，技之阅之速第4代通讯技术1分钟下部电影。4存在问题随着电子技术的发展，对电子产品也提出了更高要求，而注重产品技术性能和结构的同时，人性化、可靠性等问题常被忽略。以下分两个方面分别论述：(1)人性化方面：从技术上来说，消费电子产品技术性越来越强，人使用起来越来越不方便。尽管是消费类的电子技术产品，但是在产品设计中，技术的因素显得越来越重要，尤其是对国内的用户来说，技术往往决定了产品的功能。同样的产品，如果采用了不同的技术，价格差异就很大，所以才会出现商家不去炒作产品的功能、实用性等因素，而是去炒作一些带有技术性特征的噱头，比如高科技纳米材料、某种新型环保技术等等，这些
23、都给消费者带来了技术领先的印象。所以这类消费电子产品中，技术性越来越强，而掩盖了很多实用性的东西，使产品处于比较被动的位置，消费者购买时虽然很看重技术，但是在使用中，技术往往会给人带来恐惧感，导致产品的人机交互性变差。从产品设计风格上来说，电子产品设计越来越冷漠，外观上越来越倾向于高技术风格。从设计风格上，尽管现在设计是走向多元化，各种风格并存，而不仅仅是以现代主义风格的产品为主，但是随着中国产品设计的发展，西方产品的不断流入，尤其是电子产品方面，很少有中国传统的产品或者中国发明的电子产品，所以使产品的审美标准大体上以西方为准，导致现有产品越来越倾向于简练、功能化的西方特征，产品显得更加的冷漠
24、，不近人情，类似于高技派的风格，高技派坚持现代派关于工业技术和机器美学的信念，甚至针对着后现代主义以及其它反科学、反技术的思潮，对现代主义的技术统治论加以极端的表现。高技派和高技风格在建筑领域的表现尤为突出。在建筑中，他们强调逻辑的严谨性，强调新技术、新材料以及机械设备的运用，强调线条的简洁。所以导致产品在人性化方面存在严重的问题，没有亲和力，人和产品之间越来越疏远。从细节上来说，在产品界面设计方面研究不够，使很多产品缺乏识别性和可操作性。在日常操作中，如果没有提示，将导致用户不知道如何开始，由于现在产品的黑箱化的趋势比较明显，很多产品都成了一个黑箱，缺乏友好的界面设计，给人带来了很大的麻烦1
25、4。提倡 “交互设计”，研究人与信息产品之间的信息交互模式，从人的因素出发设计信息产品使产品的运行模式尽量符合人的思维模式，从而有效传递信息，减少差错顺利实现产品功能15。(2)可靠性方面：从技术上来说，产品的设计一味追求高科技，不考虑部件、元器件的环境因素，在研制阶段缺乏对试验产品的测试，不监控生产过程，不对定型产品做鉴定和验收。在产品上市之前，应做好环境试验，寿命试验，筛选试验，现场使用试验，鉴定试验等。举个例子，如果没有经过环境试验，当我们把受高温易融化材料作为产品中的某一部分，将产品投入高温下使用，严重情况下产品将无法使用，更有甚者，危及用户生命安全。从细节上来说，现在的很多电子产品，
26、在细节上做得十分粗糙，比如边角的设计，存在很多安全隐患。参考文献（含开题报告和文献综述）1华兴万邦.2008年及2009年国际消费电子产业发展趋势报告R/OL.2周美玉.工业设计应用人类工程学M.北京：中国轻工业出版社，2001.3 Xiaojuan Chen, Youtian Zhang, Xinghua Li. Design of A Trigeminal Neuralgia Pressure-pained-detector Based on MSP430J. IEEE Transactions on Software Engineering, 2009. 4杨大松.感性设计J.设计新潮，
27、1998(3).5姜道连,宁延一,袁世良.用AT89C2051设计超声波测距仪J.国外电子元器件，2000(12). 6徐新民.单片机原理与应用M.杭州：浙江大学出版社，2007.7黄瑞祥.数字电子技术M.杭州：浙江大学出版社，2008.8邵世凡.模拟电子技术M.杭州：浙江大学出版社，2007.9李晓华.电子产业的国外直接投资及其影响J.当代经济管理,2006(2).10工信部.2009年电子信息产业经济运行公报R.2010-06-09.11李英楠.CMIC:2010年中国电子产业走势分析ROL.12刘九如. 全球电子信息产业：未来三年将全面复苏EB/OL.13 沈建华,杨艳琴.MSP430系
28、列16位超低功耗单片机原理与实践M.北京：航天航空大学出版社,2008.14黄美发,叶德辉.电子产品设计中的人机交互性J.包装工程,2008(12).15Jenny Preece, Yvonne Rogers, Helen Sharp. Interaction Design Beyond Human-Computer InteractionM. Hoboken,N.J. Wiley,2011.毕业设计（论文）译文及原稿译文题目 基于MSP430的三叉神经痛压力探测器的设计 原稿题目 Design of A Trigeminal Neuralgia Pressure-pained-detecto
29、r Based on MSP430 原稿出处作者：Xiaojuan Chen Youtian Zhang Xinghua Li书名：International Conference on Mechatronics and Automation 出版社：Proceedings ofthe 2009 IEEE 出版日期：August 9 12 出版地：Changchun, China 基于MSP430的三叉神经痛压力探测器的设计Xiaojuan Chen and Youtian ZhangDepartment ofInformation EngineeringUniversity ofNorth
30、east DianliJilin City, Jilin Province, ChinaCxj_neiepXinghua LiDepartment ofNeurologyThe General Hospital ofJilin Chemical Industry CorporationJilin City, Jilin Province, China*摘要：对于基于低功耗单片机MSP430的三叉神经痛压力探测器的描述。根据人体三叉神经的特征，设计一款优异的压力疼痛探测器。通过精密医疗压力传感器获得压力疼痛信号，并能将压力信号转化成微小电压信号。多级传感器信息融合技术的应用可以提高数据采集的精度。微小电压信号可被扩大到02.5伏之间通过多级放大电路，然后信号可被MSP430处理。电压信号不仅能动态地在液晶屏上显示出来，而且能传给电脑做进一步分析和管理。通过实验表明探测器有高精度，抗干扰，电路结构简单，操作方便，实用性强等优点。关键字：三叉神经痛 多级传感器 压力疼痛探测器 msp430系列I引言本课题使压力疼痛探测器与压力痛觉计联系起来，更特别的是压力痛觉计是诊断遭受压力的三叉神经。国际疼痛研究协会（IASP）1定义初级三叉神经痛（TN）是“突然的，严重的，短暂的刺痛，在一个或多个分支机构分布的第五脑神经局部化复发的疼痛”。青少年到老年人都有可能得这种疾
