預防近視提醒器的設計與實現(xiàn)

孫慧萍

（山西大同大學物理與電子科學學院，山西大同 037009）

在當下社會，近視已經(jīng)趨向低齡化。本文主要設計了基于STC89C52 單片機的預防近視提醒器。本設計重心主要在超聲波傳感器電路監(jiān)控用眼距離、光線強度檢測電路檢測光強、定時電路設定用眼時間三個方面，通過報警電路示意用戶來起到預防近視的作用。

1 總體方案設計

預防近視提醒器的主控制器是STC89C52單片機。系統(tǒng)方案設定用戶臉部到書本間的距離為30 cm，采用超聲波測距模塊進行檢測。利用單片機內部定時功能設定時間為45 min。通過光敏電阻與AD 模塊相結合來接收信號，并把光線強度精確化、等級化，然后由系統(tǒng)對光線強度進行判斷，當光強不足時報警模塊發(fā)出警報。系統(tǒng)總體的設計方框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體方框圖

2 硬件設計

2.1 主控制模塊

在單片機XTAL1 和XTAL2 引腳上跨接一個晶振和兩個穩(wěn)頻電容[1]，這樣能夠實現(xiàn)與單片機內部電路的連接組成一個性能良好的自激晶振電路，從而給單片機輸送信號；將按鍵與電容組成的電路與RST相連。單片機RST引腳上出現(xiàn)24個時鐘振蕩脈沖（2個機器周期）以上的高電平，單片機便可實現(xiàn)初始化狀態(tài)復位[2]。主控制最小系統(tǒng)電路如圖2所示。

圖2 單片機主控電路

2.2 電源電路模塊

系統(tǒng)電源電路模塊總電壓為4.5 V的三節(jié)南孚電池供電，由于本設計的系統(tǒng)標準工作電壓為5 V，因此在電路中加入LM7805 穩(wěn)壓芯片來保證輸出的電壓為5 V。

2.3 報警電路模塊

報警模塊由PNP 型三極管S8550 和蜂鳴器組成[3]。由于超聲波測距電路、光檢測電路以及定時電路達到指定數(shù)據(jù)時，三極管基電極b從單片機得到一個微弱的信號，發(fā)射極e 與基電極b 的電壓相差0.7 V，這時發(fā)光二極管和蜂鳴器被驅動，電路發(fā)出報警，提示用戶規(guī)范其用眼行為。

2.4 光照強度檢測模塊

由光敏電阻接收光強，配合ADC0832雙通道A/D轉換芯片進行光電轉換構成光照強度檢測電路。電路如圖3所示。

圖3 光照強度檢測電路

2.5 超聲波測距模塊

用戶臉部到桌子的實際距離采用HC-RS04超聲波模塊來進行測量的，HC-RS04 模塊內部包括圓錐型共振板和兩個壓電晶片。波發(fā)送器電路、波接收器電路、控制電路、以及電源電路組成了超聲波傳感器電路。

3 軟件設計

本設計采用Keil4編程軟件，它包括編譯器、宏匯編、連接器、庫管理以及仿真調試器等[4]。首先根據(jù)設計要求確定該系統(tǒng)的主程序，然后根據(jù)每個電路的特點設計子程序，最后將子程序嵌入到主程序中。本設計軟件方框圖如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)軟件設計方框圖

3.1 系統(tǒng)主程序設計

圖5為系統(tǒng)主程序流程圖。

圖5 系統(tǒng)主程序流程圖

3.2 系統(tǒng)子程序設計

本系統(tǒng)包含了三個檢測模塊：光線強度檢測模塊、定時器模塊、超聲波測距模塊。

（1）光照強度檢測子程序

當光強發(fā)生變化時光敏電阻會根據(jù)對應的的規(guī)則進行相應的阻值調節(jié)，通過ADC0832 雙通道A/D轉換芯片轉換為具體的數(shù)字信號。圖6 為光照強度檢測子程序流程圖。

圖6 光照強度檢測子程序流程圖

（2）超聲波測距子程序

利用單片機編程產(chǎn)生40 kHz 的方波，經(jīng)發(fā)射驅動電路放大，使超聲波傳感器發(fā)射端產(chǎn)生振蕩，發(fā)射超聲波[5]。圖7為超聲波測距子程序流程圖。

圖7 超聲波測距子程序流程圖

（3）定時電路子程序

定時功能用于對使用時間的定時（設置為45 min）。圖8為定時電路子程序流程圖。

圖8 定時電路子程序流程圖

4 系統(tǒng)仿真、PCB設計及安裝調試

4.1 系統(tǒng)仿真

采用protues 軟件仿真模擬出電路的各項性能，進行分析并改進。系統(tǒng)仿真電路圖如圖9所示。

圖9 系統(tǒng)仿真電路圖

4.2 PCB設計

采用單面板設計，根據(jù)PCB 設計的步驟，最終設計的PCB如圖10所示。

圖10 系統(tǒng)PCB設計圖

4.3 安裝調試

確定元件無誤后，根據(jù)各元件在PCB 圖中的位置進行焊接。焊接完成后，燒入仿真調試過的程序，然后給系統(tǒng)上電。

（1）系統(tǒng)參數(shù)設定

按下電源開關，按下參數(shù)設定按鍵，LCD1602 顯示參數(shù)設定界面，通過參數(shù)的加、減按鍵進行用眼距離的設定（這里將其設定為30 cm）；再按下參數(shù)設定按鍵進行光照強度的設定，最后按下參數(shù)設定按鍵，退出參數(shù)設定頁面（在這里由于定時時間由軟件控制，不對定時時間進行手動調整）。

（2）系統(tǒng)工作調試

按下系統(tǒng)工作鍵，此時系統(tǒng)進入定時狀態(tài)。當超聲波測距模塊檢測到與使用者之間的距離小于30 cm、光檢測模塊檢測到光線不足或者定時達到45 min時報警器發(fā)出報警并且LED 燈閃爍。若按下暫停鍵，定時器會停止計時，并且系統(tǒng)不會發(fā)出報警；而后按下開始鍵，系統(tǒng)恢復正常工作；當復位鍵按下時，系統(tǒng)又恢復到初始的狀態(tài)。系統(tǒng)測距報警圖如圖11所示。

5 總結

圖11 系統(tǒng)測距報警圖

基于STC89C52單片機的預防近視提醒器設計合理，能夠有效的起到預防近視、防止駝背、提高學習效率的作用。