基于STC89C52单片机的眼睛与电子设备测距报警系统设计

刘鹏飞 谢浩东 王艺霖

摘 要：本系統是以STC89C52型单片机为主控制系统，对使用电子设备的时间进行计时，同时运用HC-SR04超声波测距模块测量人眼到电子设备之间的距离，并将测距结果及计时情况传输到单片机中进行分析比较，当测定值小于设定距离时LED发光，当计时时间超过设定时间时，蜂鸣器开始鸣叫报警。

关键词：单片机；眼睛与电子设备；测距报警；系统设计

如今，电子设备在生活中的使用随处可见，尤其是手机这种应用比较普及的电子设备。但像手机这类电子设备的普及也给现代人们带来许多困扰，比如长时间看手机、笔记本、iPad等会给人们的视力造成伤害，导致正处于成长发育期的青少年视力普遍下降。而本文所述的设计可以帮助和监督用户合理使用电子设备，有效减少因人眼与电子设备屏幕距离过近及使用时间过长而带来的伤害。

1 背景技术介绍

1.1 单片机

单片机在现代各种微型电子产品的智能化控制中应用十分广泛。单片机的本质是一个完整的微型计算机系统，它是一种利用集成电路技术将中央处理系统、内部存储系统以及总线系统集成到特定的芯片中而形成的微型计算机系统。STC89C52型单片机是由宏晶科技推出的新一代增强型高性能8051产品，具有低电压、高性能的优点。

1.2 HC-SR04超声波测距模块

HC-SR04超声波测距模块是一种利用超声波进行非接触式距离测定的装置，其测定范围可达2cm-400cm，测定精确度可达3mm，因其测定范围大、测量精度高等优点在非接触测量领域中备受青睐。该测距模块主要包括超声波发射器、超声波接收器以及控制电路三个部分，其工作原理较简单，运行性能较稳定，且测距盲区较小，目前主要应用于物体测距、停车场检测等领域。

1.3 蜂鸣器、数码管、LED灯

蜂鸣器是一种电子讯响器，常用在计算机、定时器、打/复印机、车载电子设备、报警器以及电子玩具等多种领域中，在本文所设计的系统中主要用作报警器。数码管是一种能够显示数字等电子信息的电子设备，是显示屏的一种，在本文所描述的设计系统中用于显示距离和时间。LED灯是一种常见的能够发光的灯，其本质是发光二极管，因其制作成本较低、技术成熟、构造简单而得到广泛应用，在本文所设计的测距报警系统中主要发挥提醒功能。

2 总体设计及工作原理

本设计是由两个单片机控制电路板、两组数码管、多个按键、一个HC-SR04超声波测距模块、一个LED等部分组成，包含HC-SR04超声波测距系统和定时报警系统两个子系统。整个单片机控制电路板包含单片机、LED、按键、数码管以及蜂鸣器，该系统所需的电源可以是电源插头，也可以是充电宝。

该设计的总体特征可以描述为：单片机控制电路板呈长方形较薄，四周有四个螺丝固定，通过USB端口与电源相连，同时通过导线将两个单片机控制电路板及HC-SR04超声波测距模块连接在一起，由单片机里面芯片设定的程序测量距离和定时，将距离和开启设备的时间显示在数码管上，当距离过近或时间过长时会出现亮灯或者蜂鸣报警的反馈。

在实际使用时，先将其与电源连接，按下电源开关键，这个时候会将人眼与电子设备之间的初始距离和初始使用时间显示在数码管显示屏上。然后通过时间设定按键对规定的使用时间进行设定，设定完成后所设定的时间也会显示在数码管上。当人眼与电子设备之间的距离过近时，LED会发光做出提醒，当用户使用电子设备超出设定时间时，蜂鸣器会发出声音给予警告。

3 具体设计

3.1 HC-SR04超声波测距报警模块

HC-SR04超声波测距测模块的工作原理是利用超声波发射超声波信号，当发射出去的信号碰倒阻碍物时会被反射回来，反射回来的信号被单片机测距系统接收分析，计算得到测量距离，并将测量结果显示在数码管显示屏上，当显示屏上的距离小于规定的距离时，由单片机所控制的LED等就会发亮提醒。

3.2 蜂鸣报警模块

图1是该设计系统中的定时蜂鸣报警单片机控制电路板的平面布局示意图，如图所示，在实际工作中，先将USB接口接通电源，打开电源开关，按K3键开始设定时间，初始为00-00-00（时-分-秒），然后通过按K2进行加1，即每按一次K2可进行一次加1。按K1进行设定位置的移动，初始为小时的十位，按下一次，开始设定小时的个位，再按下一次，设定分钟的十位，再次按下设定分钟的个位，最后按下，结束设定。当用户使用时间达到设定时间时，会触发由单片机控制的蜂鸣器鸣叫，以作提醒。本模块的时间设定只可设定小时和分钟。

3.3 显示模块

显示模块是由两组数码管组成，分别分布在HC-SR04超声波测距系统和定时蜂鸣报警系统两个子系统中，用来显示超声波测距结果及设定使用时间，方便用户自我监督。

3.4 软件设计

该系统中的软件设计主要包括系统主程序，数据采集子程序、按键控制、数码显示子程序以及报警控制子程序等部分。在工作开始时，整个系统是处于初始化状态，然后在安全数值设置好后开始工作。

4 结语

本设计是利用单片机控制电路来控制人眼到电子屏幕的距离以及电子设备的使用时长，并通过灯光及蜂鸣叫声来提醒用户合理使用电子设备，这在缓解用户眼睛疲劳，预防青少年近视，保护儿童视力等方面具有显著效果。与此同时，这种自动控制系统具有节能环保、结构简单、使用寿命较长、安全可靠、造价低廉等优点，完全符合现代市场的需求，具有巨大的市场前景。

参考文献

[1]曾勇.基于单片机的超声波报警系统设计[J].科技视界，2016（09）：112-114.

[2]陈灏.基于超声波测距的倒车报警系统设计[J].内燃机与配件，2018（20）：5-7.