基于單片機(jī)的多功能視力保護(hù)器設(shè)計(jì)

呂曉穎

摘要：設(shè)計(jì)的多功能視力保護(hù)器具有的功能為當(dāng)用戶的臉部或者身體與桌面的距離小于等于33 cm時(shí)，保護(hù)器中蜂鳴器發(fā)出提示音;當(dāng)工作或?qū)W習(xí)環(huán)境的光照度不足時(shí)，保護(hù)器也將發(fā)出測(cè)光報(bào)警提示;當(dāng)工作、學(xué)習(xí)時(shí)間大于等于40 min時(shí)，保護(hù)器將提醒用戶注意休息。經(jīng)過多次反復(fù)測(cè)試，保護(hù)器電路設(shè)計(jì)可靠，各項(xiàng)功能都可以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)，幫助學(xué)生達(dá)到了國(guó)家教委的要求，即學(xué)生在讀寫時(shí)，應(yīng)在一定亮度下，眼離讀物一尺，身離書桌一拳。

關(guān)鍵詞：視力保護(hù)器;聲光報(bào)警;距離檢測(cè);青少年

中圖分類號(hào)：TH77

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10. 15913/j.cnki.kj ycx.2019.10.021

近年來，隨著學(xué)生課業(yè)量的加重，越來越多的青少年患有近視。為了降低青少年的近視率，本文設(shè)計(jì)了一種具有超聲波距離檢測(cè)功能的視力保護(hù)器。

1 視力保護(hù)器硬件結(jié)構(gòu)框圖

本文所設(shè)計(jì)的智能視力保護(hù)器主要由五部分構(gòu)成：主控模塊、超聲波距離檢測(cè)模塊、蜂鳴器報(bào)警電路、光線強(qiáng)度檢測(cè)電路。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 視力保護(hù)器硬件設(shè)計(jì)

2.1 HC-RS04超聲波距離檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)

HC-RS04超聲波測(cè)距模塊共有4個(gè)引腳：VCC引腳（接電源）、TRIG引腳（觸發(fā)信號(hào)輸入）、ECHO引腳（回響信號(hào)輸出）、GND引腳（接地），實(shí)物如圖2。首先連接超聲波模塊的電源引腳和接地引腳，然后給觸發(fā)信號(hào)的輸入引腳輸入一個(gè)長(zhǎng)為20 us的高電平方波，這時(shí)模塊就會(huì)自動(dòng)發(fā)出8個(gè)40 kHz聲波，與此同時(shí)Echo（回波引腳）端的電平會(huì)由O變?yōu)?，然后超生波就會(huì)返回，從而被模塊接收到，回波引腳端的信號(hào)將會(huì)由1變?yōu)镺，定時(shí)器計(jì)數(shù)停止，定時(shí)器記下時(shí)間是超聲波從發(fā)射到返回的總時(shí)間，最后根據(jù)以下公式計(jì)算出所測(cè)的距離：測(cè)試距離=[高電平時(shí)間×聲速（ 340 m/s） ]/2。

2.2 主控制模塊電路設(shè)計(jì)

主控模塊采用STC89C52單片機(jī)作為MCU，外圍電路中的晶振電路頻率為12 MHz，主控模塊電路具體設(shè)計(jì)如圖3所示。

2.3 聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)

聲光報(bào)警電路采用三極管Q18550作為驅(qū)動(dòng)，聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)如圖4所示。其中R3為調(diào)節(jié)三極管基極偏置電流的偏置電阻，大小為2K。R4的作用為限制電路的電流，主要目的是保護(hù)指示燈不被燒壞。單片機(jī)P3.3管腳連接P33端，當(dāng)三極管導(dǎo)通時(shí)P33為低電平，促使二極管發(fā)光，同時(shí)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警。當(dāng)P33由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，三極管截止，聲光報(bào)警停止。

2.4 光強(qiáng)度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

本電路設(shè)計(jì)主要采用光敏電GRI與AD信號(hào)采集芯片ADC0832對(duì)光線強(qiáng)弱變化進(jìn)行檢測(cè)，光敏電阻首先采集光線，GRI的阻值會(huì)隨著光線的強(qiáng)弱發(fā)生變化，這樣電路中的電壓就會(huì)隨之變化，進(jìn)而把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后把電信號(hào)傳送給ADC0832的2管腳CHO。

光照度采集電路設(shè)計(jì)如圖5所示。光敏電阻GRI和R6（ IOK）電阻進(jìn)行分壓，然后接到AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬輸入通道O，主控單片機(jī)管腳P1.5接到ADC0832的片選使能CS引腳，CLK管腳接到單片機(jī)的管腳P1.4，單片機(jī)管腳P1.3接到數(shù)據(jù)信號(hào)端DI管腳。

2.5 LCD1602液晶顯示電路設(shè)計(jì)

本液晶顯示電路的DO-D7（數(shù)據(jù)端口）分別接到單片機(jī)的PO.O-P0.7管腳，E（使能端）接到單片機(jī)的P1.2管腳，RW（讀/寫選擇端）接到單片機(jī)的Pl.l管腳，RS（數(shù)據(jù)，命令選擇端）接到單片機(jī)的Pl.O管腳，Rl（限流電阻）連接顯示LCD顯示模塊的VO管腳，用來調(diào)節(jié)液晶顯示器明暗亮度。液晶顯示電路設(shè)計(jì)如圖6所示。

3 光照強(qiáng)度檢測(cè)子程序流程圖

首先，單片機(jī)初始化，然后光敏電阻對(duì)接收的光照強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，通過A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，判斷光線是否過暗，如果光線過暗則信號(hào)會(huì)傳遞給蜂鳴器從而進(jìn)行聲光報(bào)警提醒。如果光線不暗，光敏電阻將繼續(xù)檢測(cè)光照強(qiáng)度，以此循環(huán)往復(fù)。光照強(qiáng)度檢測(cè)子程序流程如圖7所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

設(shè)計(jì)的基于超聲波測(cè)距模塊的智能視力保護(hù)器，與以往保護(hù)器不同之處在于，可同時(shí)進(jìn)行距離和光照度雙重檢測(cè)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，準(zhǔn)確率高，具有一定的商業(yè)應(yīng)用價(jià)值。

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