直线视力训练机多媒体改造的研究与设计

徐　亮，李　治

（1.江苏信息职业技术学院机电学院，江苏无锡，214153；2.无锡宏治视光科技有限公司，江苏无锡，214000）

直线视力训练机多媒体改造的研究与设计

徐亮1，李治2

（1.江苏信息职业技术学院机电学院，江苏无锡，214153；2.无锡宏治视光科技有限公司，江苏无锡，214000）

研究了多媒体技术在视觉功能训练中应用的可行性，制定并实施了完整的直线视力训练机的改造方案。经试验证实该方案稳定可靠，具有一定的推广价值。

直线视力训练机；多媒体；网络

引言

弱视是一种常见的眼病，多发于儿童时期，我国的弱视发病率约为2%～4%，若不及时治疗，将会对儿童视觉功能发育产生极大的负面影响［1-2］。对于弱视的治疗方法一直是医学界研究的热点，其中尤以视觉功能训练备受关注，早在几个世纪前国外就有关于视觉功能训练的记载，而直到上世纪末、本世纪初国内才开始逐步将视觉功能训练应用到临床［3］。传统的视觉功能训练有光栅、红光闪烁、精细作业等训练法［1］，得益于计算机多媒体网络技术的发展，多媒体与互联网技术在视觉功能训练中的应用也逐步发展了起来。曾有研究介绍了一种将电脑游戏与视觉功能训练相结合的训练方法，事实证明该方法极大地调动了患儿接收治疗的依从性，使得疗程大大缩短，治愈率明显提高；还有研究介绍了一种基于互联网多媒体技术的远程视觉功能训练软件，通过多媒体图像进行刺激患儿的视觉，用户可通过专有ID在家中的电脑上远程登录到医院服务器进行在线治疗，不仅可以节省时间，也减轻了患儿家长的经济负担，治疗效果也比较理想。

本文针对无锡宏治视光科技有限公司一种传统的直线视力训练机进行了分析，并提出了基于网络化的升级改造方案。

1　公司原有设备

1.1原设备主要功能

如图1所示是公司原先自主研制的直线视力训练机外观示意图，也是目前国内应用较为普遍的一种视力功能训练设备，主要用于对儿童弱视的恢复理疗，同时对远视、近视、斜视、散光等也有很好的理疗作用。图1中，A为训练机主体部分，上方为导轨；B为安装有LED点阵的显示面板，面板可沿导轨在设定的前后限位（图中未标出）间做往复运动，且运动速度可调；C为位于训练机主体上的操作面板，用于控制显示面板的运动速度和LED的闪烁花色；D为患儿头部的支撑架。患儿戴上训练镜，将下颚抵住头部支撑架（D）以固定头部的位置，由护理人员设定好显示面板（B）往复的极限位之后，通过操作面板（C）设定并开启相应的训练方案，开启训练过程。

图1　原直线视力训练机外观示意图

1.2原设备电气原理

训练机控制电路图如图2所示，由主体控制电路和显示面板控制电路两部分组成。

图2　原直线视力训练机控制电路示意图

训练机显示面板的往复运动由三相交流电动机通过丝杠带动，电动机则由单进三出型变频器（信捷VB3-20P7）驱动，该变频器可通过X1、X2、X3输入端子组合实现7种不同的段速，实现控制显示面板以不同的速度做往复运动。单片机1（ATmega16）的输入部分为5只按钮和2只行程开关，按钮的作用分别为：参数设定、增加（+）、减少（-）、开始训练、停止训练，每按下一次“参数设定”按钮时，参数设定的对象会在“显示面板显示花色”、“显示面板往复次数”、“显示面板运动速度”三种模式间切换，通过按下“增加”或“减少”按钮实现对参数的修改，参数设定完毕后，按下“开始训练”按钮即开始训练过程，若在训练过程中按下“停止训练”按钮中止训练过程并使系统复位；行程开关的作用为限定显示面板往复运动的位置范围。主体控制电路和现实面板控制电路的两只单片机（都是ATmega16）通过MAX232进行RS-232串口对接。通过主体控制电路中按钮设定完花色并按下“开始训练”按钮之后，单片机1将花色代码通过串口发送到单片机2，单片机2根据接收到的花色代码驱动LED点阵显示不同的训练方案，当训练结束或中止时，单片机1将停止代码通过串口发送到单片机2，显示面板复位。

2　改进措施

系统主要从硬件升级、网络化和软件保障三个方面实施改进，通过硬件升级实现更多的训练手段，通过网络化实现设备统一的信息化管理和资源实时更新，通过软件保障确保设备新功能的实现。

2.1硬件升级措施

因为LED点阵位置固定无法更改，所以显示面板能够提供的训练手段也就屈指可数，可以将电脑显示器或平板电脑代替LED点阵，这样不仅可以通过软件模拟LED点阵，也可以增加图片、视频等多媒体资源大大丰富设备的训练手段，于是，由LED点阵构成的显示面板被更换为一台8吋的WIN10平板电脑。由于国产WIN10的小尺寸平板电脑售价仅为iPAD售价的1/6，因此大大降低了此次设备改进的硬件成本，而且由于WIN10平板的应用软件采用与PC相同的开发工具Visual Studio，方便组织开发团队，因此大大缩短了设备的升级改造周期。

显示面板被更换为平板电脑以后，训练方案通过平板电脑触摸屏而非通过主体操作面板进行设定，因此主体操作面板的功能大大简化，按钮仅保留设备的启动按钮和停止按钮两只按钮。改造后的主体部分电路如图3所示，微控制器由ATmega16更换为更加经济的STM8S003F3，并且去掉了LCD显示器。平板电脑与主体控制器之间通过USB-TTL芯片CH340G进行串口通信。改进后的控制电路如图3所示。

图3　改进后的直线视力训练机控制电路示意图

2.2网络化措施

原来的设备都是单机操作，当训练室内设备数量较多时必然会增加护理人员的管理难度，若能将设备进行联网，通过主机统一实施信息化管理，自然会降低护理人员的管理难度；同时设备通过互联网与服务器连接，可以保证设备时获取更多、更新的训练资源，不断丰富设备的训练手段。

系统网络化改进后的网络拓扑图如图4所示，每个训练室由一台计算机充当局域网主机的角色，对训练室内所有的设备进行集中管控，每台设备的平板电脑充当局域网从机的角色，接收来自局域网主机的指令，主要是：（1）执行安装并运行在平板电脑上的训练软件的相应功能；（2）通过USB-TTL串口线发送指令给单片机，实现间接控制变频器运行的目的。局域网可以通过LAN联接，也可以通过WLAN联接。每一台设备的训练方案可以由局域网主机统一管理，也可以由各台设备的平板电脑分别设定。平板电脑可直接连接到英特网，通过网络服务器更新程序和获取更多更新的训练资源。

图4　系统网络拓扑图

考虑到有些用户已经习惯于单机操作，加上一些小型诊所不需要多台训练机等因素，改进后的视觉直线训练机依然保留了单机操作功能，只是除了设备的起停按钮外，其余功能全部通过平板电脑的触摸屏来实现。

2.3软件保障措施

系统的稳定运行离不开软件的保障，软件主要由服务器端程序、主机程序和平板电脑程序三部分有机组合而成。其中，服务器采用租赁的形式，采用IIS+PHP的解决方案，服务器程序主要的作用是保障图片和视频资源的稳定下载；主机程序的主要作用是连接并管控所有局域网内的设备平板电脑，具体功能有：被从机连接、为每个患儿制定并保存治疗方案、联机传送治疗方案代码、编制新的治疗方案并下载到从机、联机控制从机起停训练机、统一管理和更新从机的训练资源、日志记录；从机程序的主要作用是接收局域网主机的管控执行训练方案，具体功能有：开机后自动连接主机、接收主机传送的训练方案代码、接收主机新制定的训练方案、执行各种模拟LED点阵方案、播放视频文件、进行图片和纯色背景交替的闪屏训练、向单片机发送变频器控制指令、被动或主动更新训练资源。

3　结语

经过公司某门店小批量改进型训练机的试验情况来看，设备均能稳定可靠运行，新的训练方案也得到了广大患儿及家长的认可，改进方案取得了初步的成功，具有一定的推广价值。

然而直线视力训练机的网络化改造是一个庞大、复杂的系统工程，首先必须保证当改进型训练机逐步推广之后，服务器能够满足大量的数据访问需求，其次训练资源也必须不断地改进和完善，以实现最佳的理疗效果，再者系统的功能也需要进一步加强，今后服务器除了提供资源更新之外，还需要从主机端和设备端搜集训练数据，进行大数据分析，为制作更有效的训练资源、制定更完善的训练方案提供参考。

［1］高天.传统综合训练与智能化多维视觉训练对屈光不正性弱视的疗效对比及其影响因素研究［J］.眼科新进展，2014，34（11）：1059-1061.

［2］李爱军，布娟等.多媒体视觉训练系统与传统方法治疗儿童弱视的对比研究［J］.眼科新进展，2014，34（9）：834-837.

［3］黎莞萍.视觉功能训练在弱视及斜视治疗中的应用［J］.中国眼镜科技杂志，2013（11）：116-119.

［4］林泉，刘伟民等.基于互联网的视知觉学习对提升大龄屈光不正性弱视儿童视力的疗效 ［J］.眼科新进展，2011，31（8）：745-747，753.

Research and Design of Multimedia Reformation of the Linear Vision Training Machine

XU Liang，LI Zhi
（1.School of Mechanical and Electrical Engineering，Jiangsu College of Information Technology，Wuxi 214153，Jiangsu；2.Jiangsu Hongzhi Vision Science and Technology Co.，Ltd，Wuxi 204000，Jiangsu）

The feasibility of the application of multimedia technology in vision function training is researched.A complete reformation solution of the linear vision training machine is developed and implemented.The solution is stable and reliable and worth to be generalized after experiment.

linear vision training machine；multimedia；networks

TN948.1

A

1671-5004（2016）03-0014-03

2016-2-14

徐亮（1981-），男，江苏无锡人，江苏信息职业技术学院讲师、硕士，研究方向：控制工程。