自动视力测试系统设计

张文芳 谢雪丹 郑锁珍

（山西能源学院 山西省晋中市 030600）

眼睛是我们感知外界的重要器官之一，然而近年来，我国青少年近视率居高不下，并随着学历的提高而呈现上升的态势[1]。目前，市场上使用最普遍视力测试的装置有两种:一种是验光仪屈光检查，具有精度高、速度快，测试过程无需测试者参与判断。但这种检查设备功能齐全价格昂贵，主要适用于专业眼镜商店验光等需要高精度测量的场合[2]。另一种是人工灯光定位的简易测试装置，灯光定位测试设备价格便宜，比原始的长棒点击要进步得多，但还是相当烦琐，医务人员既要通过指示棒测试信号点，又要观察测试者判断得正确与否，考虑进一步给出测试的等级和方位。针对这种现状，有必要设计一种多功能、低成本、高精度、低功耗的自动视力测试系统。

1 总体方案设计

图1 为系统的总体硬件框架图，整个系统包括：核心处理单元，语音播报模块，红外接收模块，LCD 显示模块，LED 矩阵控制模块。核心处理单元选用STC89C52 芯片，用于整个系统的控制，接收红外接收模块给出的方向信号，根据国际标准视力表判定方向的正确与否，经过一系列判定后给出左眼或右眼的视力值，并输出矩阵控制信号实现LED 矩阵中相应LED 灯导通，其中LED 矩阵中LED灯分别与视力表上对应区位块对应，每次只有一个区位块点亮，利用红外遥控在语音提示下自助测试视力，测试结束后左右眼视力分别显示于LCD 液晶屏，同时进行语音播报。

2 硬件系统设计

2.1 核心处理单元设计

本系统采用STC89C52 单片机作为系统的核心控制模块，图2是STC89C52 的最小系统电路图。主要包括STC89C52 单片机控制器、晶振电路、复位电路。单片机分析处理红外线模给出的信号，发出具体的控制命令。晶振电路为整个单片机正常工作提供脉冲信号。复位电路有助整个系统恢复到最初的工作状态。

2.2 LCD显示模块模块设计

设计中LCD 显示模块如图3 所示，采用 1602 液晶显示器，能够同时显示16x02 即32 个字符（16 列2 行）。它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。主要用来显示测试者视力，采用5V 供电，DB0-DB7 为双向数8 位据线，VEE通过连接一个10KΩ 可变电阻来调节对比度。

2.3 红外接收模块

图4 为红外接收模块电路图，该模块采用VS1838，主要是向单片机发送测试者的选择信号，使单片机做出分析。

2.4 语音播报模块

图5 为语音播报模块电路图，语音模块采用北京宇音天下科技有限公司推出的SYN6288 中文语音合成芯片。设计中OTP 语音芯片在电路模块中与SYN6288 形成并联电路结构，并统一通过串口接收上位机的文本合成TTS 命令。SYN6288 通过异步串口接收带合成的文本，实现文本到声音（TTS）的转换。

2.5 LED矩阵模块设计

图6 为LED 矩阵模块电路图，矩阵模块的控制采用三个74HC595(8 位输出锁存移位寄存器)对一个8*16 的LED 矩阵进行控制，该芯片带12 个数字I/O 管脚，其中每个都可以对一个数字量进行控制，从而实现类似于点亮一个发光二极管这样的功能。由于单片机引脚有限，而8*8 的LED 矩阵中需要点亮的LED 数量较多，故采用三个74HC595 级联的方法，通过单片机上有限管脚产生任意多个的数字输出。电路中单片机的三个数字I/O 端口分别控制DS、SH_CP 和ST_CP，然后将MR 和OE 分别接VCC 和地。

图1：自动视力测试系统框图

图2：核心控制器信号处理模块电路图

图3：LCD 显示模块电路图

图4：红外接收模块电路图

图6：LED 矩阵模块设计模块电路图

3 软件系统设计

系统功能依赖系统软件实现。软件采用C 语言编写。由5 大模块组成：LCD 显示模块、红外接收并识别模块、语音播报模块、视力判定模块、LED 矩阵控制模块。主程序设计流程图7 所示。

4 系统测试

图7：自动视力测试系统流程图

图8：自动视力测试系统

如图8 所示，自动视力测试系统外部共由以上6 部分组成：视力表面板、扬声器、红外遥控器、红外接收头、电源线、LCD 显示屏。为美观起见，其余包括STC89C52 为的处理单元都安装视力表面板后面。

首先测试左眼，用眼罩遮住右眼，面板上的判决等会从上面第一行开始判决，当红外遥控器点按正确时，进去下一行，红外遥控点按方向错误时输出上一行视力值。随后进行右眼测试，如图9 所示第四行第三个E 字点亮，方向向右。

当双眼都测试结束，LCD 屏幕上会分别显示左右眼视力值，如图10 所示，受测试者左眼视力为4.0，右眼视力为4.2。同时扬声器进行语音播报。

图9：系统测试结果

图10：LCD 显示系统测试结果

5 结束语

本文设计了一种基于STC89C52 单片机的自动视力测试系统，采用单个LED 背光的指示方法，由测试者本人通过红外遥控器发出方向信号，测试过程中试者可通过语音提示和显示模块所提示的文字信息进行测试，测试结束后通过LCD 显示，并语音播报测试者的视力值。实际测试结果表明，测试准确，整个测试过程单人即可完成，具有一定的推广价值。