智能语音提示视力保护仪的设计

李钢

（广州钜龙包装设备有限公司 广东省广州市 511442）

随着现代社会电子产品的高速发展，在给人们的生活、学习、工作带来方便的同时，也相应的带来了诸多负面作用，比如长时间的用眼，导致眼睛的疲劳,错误的用眼坐姿等，都对眼睛造成了极大的伤害[1]。同时手机、电脑、电视机、游戏机，也带来了一系列的影响，进而引发青少年的近视，导致近视眼的大量出现。近视已经成为当今世界范围内发病率较高的眼病之一，如何保护视力已经引起了社会各界的广泛关注。尤其对中小学生来说沉重的学业是导致青少年视力下降的重要因素之一，2018年8月我国发布首份《义务教育质量监测报告》（以下简称报告）。报告指出学生视力不良问题突出，四年级、八年级学生视力不良检出率分别为36.5%和65.3%[2]，我国青少年近视率已经高居世界第一，学业和应试教育的压力让青少年长期处于近距离的学习状态，并养成了不良的用眼习惯，保护青少年视力已十分重要。因此，本文设计了一款基于STC15f2k60s2 单片机智能语音提示视力保护仪,主要采用超声波模块、光线强度检测模块、语音播放模块实现本系统的功能。系统总体的设计方框图如图1 所示。

图1：系统总体方框图

图2：单片机最小系统电路

1 硬件实现及单元电路设计

本设计的硬件电路主要包括三个部分：主控模块控制电路部分；语音播放电路部分；电源电路部分。其中主控模块控制电路部分主要负责用眼等方面的控制，包括灯亮度、坐姿纠正等功能；而语音处理模块则包括文本语音播放模块的驱动和控制；电源部分主要负责整个系统的供电。

1.1 主控电路模块

处理器单片机STC15f2k60s2 最小系统：单片机内部有2 个16位的定时/计数器。内部机构电路如图2 所示。

图3：光照采集电路

图4：超声波模块电路

图5：文本语音播报模块电路

图6：电源电路

单片机主要负责灯控制、处理部分的功能，包括：

（1）输出PWM 控制台灯的通断和亮度。

（2）驱动超声波模块进行测距，同时判断人体与台灯的距离是否适中，否则进行发送报警信号到文本语音模块进行语音提醒。

（3）处理人体红外感应模块的信号[3]。

控制人体接近时台灯的点亮和人离开一定时间时台灯的熄灭。

1.1.1 光照强度检测电路

光照强度检测采用光敏电阻进行检测，光敏电阻的阻值会随着光照强度而改变，通过不同的电阻值转换成不同的电压值，经过AD 采集后就可以得到各种光照强度下的数量值。ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A/D 转换芯片。由于它体积小，兼容性，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，已经有很高的普及率。电路如图3 所示。

1.1.2 超声波坐姿测距电路

坐姿测距采用HC-RS04 超声波模块， HC-SR04 超声波测距模块可提供2cm-400cm 的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。像智能小车的测距以及转向，或是一些项目中，常常会用到。智能小车测距可以及时发现前方的障碍物，使智能小车可以及时转向，避开障碍物。超声波模块电路如图4 所示。

1.2 文本语音播报电路模块

主要由文本语音播报模块和喇叭构成，这是我们最常见的音频放大电路，连接电路如图5 所示，主要功能完成单片机程序中固定的提示内容文本内容的播报。

1.3 电源电路模块

电源电路如图6 所示。

主要完成整个系统的供电、充电功能。同时内置充电宝模块，提供2 个外扩的USB 充电口。

2 系统软件设计方案

如图7 所示为系统坐姿检测超声波测量主程序流程图。

3 结论

图7：超声波测距子程序流程图

本文设计了一种基于STC15f2k60s2 单片机的智能语音视力保护仪。该设计能通过智能语音提醒读写者在读写过程控制读写距离并环境亮度的调节，改变不良习惯，缓解视力下降。该设计使用STC15f2k60s2 单片机主控芯片进行控制，主要有：主控电路模块（光照强度检测电路、超声波坐姿测距模块电路）；文本语音播报电路模块；电源电路模块构成。其价格低廉、功能较齐全，该电路设计的光灵敏度高，精确稳定可靠，实用性强，有很好的扩展性和实用性。