防近視護(hù)額產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

魏居祥 巢海鯨

摘要：該設(shè)計(jì)是一款集成電路板和手機(jī)APP相結(jié)合的多功能護(hù)眼產(chǎn)品。手機(jī)app選擇用戶(hù)行為模式，集成的電路板具備遙距測(cè)量，用戶(hù)光照強(qiáng)度提醒，光照強(qiáng)度彌補(bǔ)、坐姿提醒，用眼時(shí)長(zhǎng)提醒、播放眼保健操口令等多種功能，有效降低青少年近視發(fā)生率。

關(guān)鍵詞：遙距；防近視；Android

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）17-0121-01

1 背景

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品在人們的生活中扮演越來(lái)越重要的角色，21世紀(jì)更是信息飛速發(fā)展的時(shí)代，市場(chǎng)上的各種各樣的電子產(chǎn)品吸引著青少年和兒童，很多人因?yàn)椴灰?guī)范的用眼習(xí)慣導(dǎo)致近視，保護(hù)眼睛勢(shì)在必行。

目前市場(chǎng)的護(hù)眼產(chǎn)品：有矯正器和電子佩戴產(chǎn)品兩種。矯正器一般都是一體成型的塑料產(chǎn)品，安裝在書(shū)桌上，不太方便。電子佩戴產(chǎn)品一般都是佩戴設(shè)備，具備功能較少，且價(jià)格昂貴。該項(xiàng)目利用單片機(jī)連接超聲波、光感等模塊，實(shí)時(shí)獲取結(jié)果，糾正坐姿，達(dá)到保護(hù)眼睛的目的。

2 項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)

防近視護(hù)額產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)如圖1所示。該項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)分為2部分：一是硬件設(shè)計(jì)，一是android軟件編程。該設(shè)計(jì)主要用超聲波模塊測(cè)距，當(dāng)距離過(guò)近時(shí)通過(guò)單片機(jī)控制蜂鳴器發(fā)出警報(bào)提醒使用者注意用眼規(guī)范，用光敏電阻感應(yīng)環(huán)境的光照強(qiáng)度，當(dāng)光照不足時(shí)控制護(hù)額上的LED進(jìn)行補(bǔ)光，當(dāng)使用者使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)通過(guò)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警。使用結(jié)束后將電源關(guān)閉即可。

3 硬件電路設(shè)計(jì)

硬件電路主要由單片機(jī)及一些外設(shè)組成，采用宏晶公司的STC15F2K60S2芯片作為本次設(shè)計(jì)的主芯片，外設(shè)主要是由藍(lán)牙模塊、超聲波模塊、供電模塊和光感模塊組成。

藍(lán)牙模塊采用HC-05，功能強(qiáng)大且較為便宜。藍(lán)牙版本為藍(lán)牙2.0，兼容性較高。

超聲波模塊采用HC-SR04，可以提供2CM-400CM的非接觸式的距離感測(cè)功能，測(cè)得的距離精度高達(dá)3mm。

G5516光敏電阻傳感器模塊，采用靈敏型光敏電阻傳感器，比較器輸出，信號(hào)干凈，波形好，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)。

4 軟件系統(tǒng)工作流程

該項(xiàng)目軟件部分通過(guò)android編寫(xiě)，啟動(dòng)軟件并初始化之后通過(guò)藍(lán)牙與硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連接，然后接收硬件系統(tǒng)返回的數(shù)據(jù)并判斷數(shù)據(jù)是否符合設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)，如果符合則繼續(xù)接收反饋回來(lái)的數(shù)據(jù)。如果不符合，則命令蜂鳴器報(bào)警直到接收到符合標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)時(shí)停止。

4.1 控制端軟件設(shè)計(jì)

采用android編寫(xiě)操作界面，進(jìn)入程序后通過(guò)藍(lán)牙與硬件系統(tǒng)建立連接，步驟如下：

1）安卓使用藍(lán)牙首先要獲得權(quán)限，獲取代碼如下：

2）獲取本地藍(lán)牙適配器，如果藍(lán)牙未開(kāi)啟，開(kāi)啟藍(lán)牙設(shè)備；

3）搜索已配對(duì)的藍(lán)牙設(shè)備，并添加到已配對(duì)的列表中；

4）搜索還沒(méi)有配對(duì)的藍(lán)牙設(shè)備，并添加到未配對(duì)的列表中

5）搜索到設(shè)備之后就需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行連接和通信（這里包括寫(xiě)入和讀取，用法和Socket相同，但是在寫(xiě)入的時(shí)候，需要將字符串轉(zhuǎn)化為16進(jìn)制。）

4.2 通信協(xié)議編寫(xiě)

4.2.1 約定

將計(jì)算機(jī)方稱(chēng)為上位機(jī)，將單片機(jī)方統(tǒng)稱(chēng)下位機(jī)。數(shù)據(jù)格式均采用二進(jìn)制碼。

4.2.2 通信過(guò)程描述

通信采用主從式，一問(wèn)一答，非問(wèn)莫答，避免下位機(jī)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)產(chǎn)生沖突。聯(lián)機(jī)過(guò)程：

1）握手

每次運(yùn)行時(shí)，上位機(jī)對(duì)每一個(gè)下位機(jī)均發(fā)送握手命令，下位機(jī)接收正確回送握手成功，否則會(huì)回送錯(cuò)誤。上位機(jī)據(jù)此來(lái)確定下位機(jī)的狀態(tài)（是否聯(lián)機(jī)）。

2）命令

通常狀態(tài)下，上位機(jī)發(fā)送相關(guān)命令，下位機(jī)根據(jù)命令回送相關(guān)數(shù)據(jù)。

4.2.3 通信數(shù)據(jù)幀格式

1）起始符：標(biāo)識(shí)一次發(fā)送的開(kāi)始1字節(jié)，默認(rèn)位23H

2）下位機(jī)類(lèi)別：區(qū)分下位機(jī)的類(lèi)別，不用時(shí)為0

3）下位機(jī)地址號(hào)：指示下位機(jī)的序號(hào)，不用時(shí)為01字節(jié)。如15號(hào)機(jī)：0FH

4）命令：2字節(jié)，區(qū)分不同的操作

5）校驗(yàn)標(biāo)志：1字節(jié)，無(wú)校驗(yàn)時(shí)為0，異或校驗(yàn)時(shí)為1，CRC校驗(yàn)時(shí)為2

6）數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：2字節(jié)，指示實(shí)際有效數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，不用時(shí)為0

7）數(shù)據(jù)：實(shí)際有效數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度個(gè)字節(jié)

8）校驗(yàn)碼：有效數(shù)據(jù)的校驗(yàn)碼，如校驗(yàn)標(biāo)志為0，此字節(jié)省

9）結(jié)束符：標(biāo)識(shí)一次發(fā)送的結(jié)束1字節(jié)，正確為5AH，錯(cuò)誤為55H

5 結(jié)束語(yǔ)

該產(chǎn)品是集成電路板和手機(jī)APP相結(jié)合的一款多功能護(hù)眼產(chǎn)品，彌補(bǔ)了市場(chǎng)不足。硬件由自己搭建，價(jià)格低廉，具有很強(qiáng)的市場(chǎng)前景和推廣性。

參考文獻(xiàn)：

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