基于单片机的多功能视力保护器设计

吕晓颖

摘要：设计的多功能视力保护器具有的功能为当用户的脸部或者身体与桌面的距离小于等于33 cm时，保护器中蜂鸣器发出提示音;当工作或学习环境的光照度不足时，保护器也将发出测光报警提示;当工作、学习时间大于等于40 min时，保护器将提醒用户注意休息。经过多次反复测试，保护器电路设计可靠，各项功能都可以准确实现，帮助学生达到了国家教委的要求，即学生在读写时，应在一定亮度下，眼离读物一尺，身离书桌一拳。

关键词：视力保护器;声光报警;距离检测;青少年

中图分类号：TH77

文献标识码：A

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

近年来，随着学生课业量的加重，越来越多的青少年患有近视。为了降低青少年的近视率，本文设计了一种具有超声波距离检测功能的视力保护器。

1 视力保护器硬件结构框图

本文所设计的智能视力保护器主要由五部分构成：主控模块、超声波距离检测模块、蜂鸣器报警电路、光线强度检测电路。系统结构如图1所示。

2 视力保护器硬件设计

2.1 HC-RS04超声波距离检测模块设计

HC-RS04超声波测距模块共有4个引脚：VCC引脚（接电源）、TRIG引脚（触发信号输入）、ECHO引脚（回响信号输出）、GND引脚（接地），实物如图2。首先连接超声波模块的电源引脚和接地引脚，然后给触发信号的输入引脚输入一个长为20 us的高电平方波，这时模块就会自动发出8个40 kHz声波，与此同时Echo（回波引脚）端的电平会由O变为1，然后超生波就会返回，从而被模块接收到，回波引脚端的信号将会由1变为O，定时器计数停止，定时器记下时间是超声波从发射到返回的总时间，最后根据以下公式计算出所测的距离：测试距离=[高电平时间×声速（ 340 m/s） ]/2。

2.2 主控制模块电路设计

主控模块采用STC89C52单片机作为MCU，外围电路中的晶振电路频率为12 MHz，主控模块电路具体设计如图3所示。

2.3 声光报警电路设计

声光报警电路采用三极管Q18550作为驱动，声光报警电路设计如图4所示。其中R3为调节三极管基极偏置电流的偏置电阻，大小为2K。R4的作用为限制电路的电流，主要目的是保护指示灯不被烧坏。单片机P3.3管脚连接P33端，当三极管导通时P33为低电平，促使二极管发光，同时蜂鸣器发出报警。当P33由低电平变为高电平时，三极管截止，声光报警停止。

2.4 光强度检测电路设计

本电路设计主要采用光敏电GRI与AD信号采集芯片ADC0832对光线强弱变化进行检测，光敏电阻首先采集光线，GRI的阻值会随着光线的强弱发生变化，这样电路中的电压就会随之变化，进而把光信号转换成电信号，然后把电信号传送给ADC0832的2管脚CHO。

光照度采集电路设计如图5所示。光敏电阻GRI和R6（ IOK）电阻进行分压，然后接到AD模数转换器的模拟输入通道O，主控单片机管脚P1.5接到ADC0832的片选使能CS引脚，CLK管脚接到单片机的管脚P1.4，单片机管脚P1.3接到数据信号端DI管脚。

2.5 LCD1602液晶顯示电路设计

本液晶显示电路的DO-D7（数据端口）分别接到单片机的PO.O-P0.7管脚，E（使能端）接到单片机的P1.2管脚，RW（读/写选择端）接到单片机的Pl.l管脚，RS（数据，命令选择端）接到单片机的Pl.O管脚，Rl（限流电阻）连接显示LCD显示模块的VO管脚，用来调节液晶显示器明暗亮度。液晶显示电路设计如图6所示。

3 光照强度检测子程序流程图

首先，单片机初始化，然后光敏电阻对接收的光照强度进行检测，通过A/D转换将模拟信号转换成数字信号，判断光线是否过暗，如果光线过暗则信号会传递给蜂鸣器从而进行声光报警提醒。如果光线不暗，光敏电阻将继续检测光照强度，以此循环往复。光照强度检测子程序流程如图7所示。

4 结束语

设计的基于超声波测距模块的智能视力保护器，与以往保护器不同之处在于，可同时进行距离和光照度双重检测。经实验测试，系统运行稳定，准确率高，具有一定的商业应用价值。

参考文献：

[1]吴亮.一种超声波视力保护器的设计[J].山西大同大学学报（自然科学版），2019，35（1）：14-16.

[2]赵晖.基于单片机的多功能视力保护器设计[J].电子技术与软件工程，2018（ 22）：239

[3]梁东丽，刘颖.基于单片机的多功能视力保护器设计[J'天津职业技术师范大学学报，2018，28（1）：21-26.

[4]李瑞英，郝淑娟，何巍巍.一种实用多功能视力保护器的设计[J].大庆师范学院学报，2017，37 （6）： 25-27