单片机的视力保护器的设计
摘 要随着人们对科技文明的不断追求与探索，以单片机为核心的科研项目也越来越多的被人们所关注。本文以AT89C51单片机为核心，研究了一套关于视力保护器的设计，并对它的硬件电路以及程序部分进行整合。该设计运用到的具体功能为超声波测距，光敏电阻感光，以及定时。在使用者与书本之间的距离，光线强度以及学习时间与预设值不符时，发出声光报警，从而达到视力保护的目的。在软件设计方面，通过模块化的设计思路，利用C语言对其进行编程，包括显示，计时，超声波测距，光敏电阻感光，报警，按键以及电源模块。
目录
一、引言 1
（一）课题提出的背景 1
（二）课题研究的目的和意义 1
（三）课题的主要研究内容 1
二、视力保护器系统设计 2
（一）整体设计方案 2
（二）系统总框图 2
（三）单片机的选择 3
（四）传感器的选择 4
（五）编辑语言的选择 4
三、硬件设计 5
（一）系统原理图 5
（二）单片机主控电路 6
（三）声光报警电路 7
（四）超声波检测电路 8
（五）光强度检测电路 9
（六）按键电路及电源电路 10
（七）显示电路 11
四、软件设计 11
（一）主程序设计 11
（二）子程序设计 13
五、系统运行与调试 16
（一）开发软件简介 16
（二）硬件调试 16
六、总结 21
致 谢 22
参考文献 23
附录一：源程序 24
附录二：PCB图 40
一、引言
（一）课题提出的背景
随着教育事业的稳步发展，中小学生的学习压力却在逐步增大，每天趴在书桌前的时间越来越长。中国是目前世界各个国家中近视的发病率比较高的国家,根据前段时间的市场调查显示,我国目前大学生的近视发病率大概在77.95%左右，高中生的近视发病率大概在72.8%左右，初中生的近视发病率大概在53.43%左右，小学生的近视发病率大概在26.96%左
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右。
目前国内外的很多公司都在致力于对视力保护器的研究。但是目前来看，国内生产的视力保护器现有的功能还是不能真正满足使用者的需求。而国外却更趋向于对近视产生的原因的研究。所以目前市场上几乎并没有真正能然使用者满意的的多功能视力保护器，目前研究的产品只是单方面的视力保护。
（二）课题研究的目的和意义
为了让更多人改掉不正确的读写姿势并养成良好的读写习惯，避免近视，驼背以及颈椎病等疾病的产生，本文设计了一种视力保护器来预防这些疾病，已达到保护人们身心健康的目的。尤其是对于学生群体，这款视力保护器可以帮他们养成良好的学习习惯，改正坐姿，改善学习环境，从而保护视力。
（三）课题的主要研究内容
本文对视力保护器的研究内容分为硬件设计和软件设计两个部分，由基于以AT89C51型单片机为核心的主体电路，以及三个模块组成，这三个模块将会同时实现视力保护的报警功能。感光模块的构成是由光敏电阻感光通过单片机向报警发声电路发出报警指令，定时报警模块是由单片机进行定时设定并向定时报警电路发出报警指令，它主要是利用单片机的定时计数功能来进行计数，测距模块则是利用GP2Y0A02YK0F型超声波传感器的发射与接收功能在所测距离偏小时通过报警电路报警。
基本要求如下：
⑴ 在对距离的检测中，如果使用者的眼睛与书本之间的距离低于35cm时，电路将会发出声光报警来对使用者进行警示，调整正确的坐姿，注意对视力的保护。
⑵ 在对光强环境的检测中，如果使用者所使用的光线强度过强或过弱时，电路将发出声光报警来对使用者进行提示，调整目前所使用的光线的强度，注意对视力的保护。
⑶ 在对学习时间的检测中，如果使用者的学习时间超过45分钟，电路将发出声光报警，提示使用者学习时间过长，注意对视力的保护。
二、视力保护器系统设计
（一）整体设计方案
视力保护器的设计的目的是多个方面最大程度的保护视力。本文设计的视力保护器在总体上有三种功能，测距、感光以及定时，当任一测试模块的测试值到达其报警限度时，就会发出声光警报。
（二）系统总框图
硬件设计主要以AT89C51单片机为核心，它的功能电路主要由超声波报警电路、光强报警电路、定时报警电路以及蜂鸣器报警电路等核心电路组成，并利用C语言软件进行编程。本设计的系统总框图 如图1
（三）单片机的选择
对于控制系统的大小以及复杂度，单片机的选择必须考虑它的基本参数以及增强功能。基本参数包括芯片的处理速度，ROM只读内存容量，输入/输出端口的引脚数量以及它需要的工作电压等，增强功能包括是否拥有双指针，双串口，USB接口等功能附加模块。本次设计只有超声波以及声光报警等需要控制，它的复杂难度比较低，只需要用较为低端的单片机就能够实现本次设计。。
对于能否更容易的掌握学习本次设计，单片机的选择需要从它所支持的编辑语言出发，是否简单易学，并且拥有良好的编辑环境。同时为了设计的方便，需要丰富的单片机资料，其中包括完备的芯片使用说明书，芯片的应用指南以及多个范例程序。
对于设计在运行时的可靠程度，单片机的选择需要考虑它在工作时是否有较宽的温度范围，是具有一定的抗干扰能力，以及比较低的功耗。按照工作时的适用温度来作为区分，常用的单片机芯片一般可以分为商用级、工业级以及军品级。本次设计只需选择一般的商用级别。在功耗以及抗干扰程度方面，本控制系统所需的要求都不高，一般的单片机芯片都能够满足本次设计的要求。
综上所述，本系统选择AT89C51单片机作为主控芯片。
（四）传感器的选择
超声波测距的原理是先发出超声波然后检测到反射回来的超声波，同时根据声速计算出物体的距离。超声波测距方案简单，对硬件要求不高，但声音的速度容易受风向和温度的干扰，还有可能被吸音面吸收。超声波的最近测量距离较小，发射角比较大，量测的是点到面的距离。不过在本次设计中，只需要其进行短距离量测，不需要太高的精度。而且超声波检测使用方便，计算简单，易于实时控制。在感光模块中，本设计通过光敏电阻与OP07芯片所构成的电压比较器作为感光模块的主要部分。
（五）编辑语言的选择
三、硬件设计
（一）系统原理图
本设计主系统由以AT89C51为核心芯片的电路来实现，如图3，这是该设计的系统原理图，该设计主要是由单片机主控电路、声光报警电路、超声波检测电路、光强度检测电路、电源电路、按键电路所组成。
（二）单片机主控电路
单片机主控电路是整个设计的心脏，一般由单片机，复位电路以及晶振电路组成。如图4。
本文设计的视力保护器所使用的是AT89C51单片机,它拥有32个输入输出端口以及128字节的内部存储空间，还拥有一个全双工的串行通信口并能提供时钟电路。其性能比较适用于本次设计。
本设计通过按键复位的方式来实现复位电路。将按键，10uf的电解电容以及10k的电阻并联，并将其连接到AT89C51单片机的RST引脚上。复位电路的作用便是将电路初始化。
目录
一、引言 1
（一）课题提出的背景 1
（二）课题研究的目的和意义 1
（三）课题的主要研究内容 1
二、视力保护器系统设计 2
（一）整体设计方案 2
（二）系统总框图 2
（三）单片机的选择 3
（四）传感器的选择 4
（五）编辑语言的选择 4
三、硬件设计 5
（一）系统原理图 5
（二）单片机主控电路 6
（三）声光报警电路 7
（四）超声波检测电路 8
（五）光强度检测电路 9
（六）按键电路及电源电路 10
（七）显示电路 11
四、软件设计 11
（一）主程序设计 11
（二）子程序设计 13
五、系统运行与调试 16
（一）开发软件简介 16
（二）硬件调试 16
六、总结 21
致 谢 22
参考文献 23
附录一：源程序 24
附录二：PCB图 40
一、引言
（一）课题提出的背景
随着教育事业的稳步发展，中小学生的学习压力却在逐步增大，每天趴在书桌前的时间越来越长。中国是目前世界各个国家中近视的发病率比较高的国家,根据前段时间的市场调查显示,我国目前大学生的近视发病率大概在77.95%左右，高中生的近视发病率大概在72.8%左右，初中生的近视发病率大概在53.43%左右，小学生的近视发病率大概在26.96%左
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
右。
目前国内外的很多公司都在致力于对视力保护器的研究。但是目前来看，国内生产的视力保护器现有的功能还是不能真正满足使用者的需求。而国外却更趋向于对近视产生的原因的研究。所以目前市场上几乎并没有真正能然使用者满意的的多功能视力保护器，目前研究的产品只是单方面的视力保护。
（二）课题研究的目的和意义
为了让更多人改掉不正确的读写姿势并养成良好的读写习惯，避免近视，驼背以及颈椎病等疾病的产生，本文设计了一种视力保护器来预防这些疾病，已达到保护人们身心健康的目的。尤其是对于学生群体，这款视力保护器可以帮他们养成良好的学习习惯，改正坐姿，改善学习环境，从而保护视力。
（三）课题的主要研究内容
本文对视力保护器的研究内容分为硬件设计和软件设计两个部分，由基于以AT89C51型单片机为核心的主体电路，以及三个模块组成，这三个模块将会同时实现视力保护的报警功能。感光模块的构成是由光敏电阻感光通过单片机向报警发声电路发出报警指令，定时报警模块是由单片机进行定时设定并向定时报警电路发出报警指令，它主要是利用单片机的定时计数功能来进行计数，测距模块则是利用GP2Y0A02YK0F型超声波传感器的发射与接收功能在所测距离偏小时通过报警电路报警。
基本要求如下：
⑴ 在对距离的检测中，如果使用者的眼睛与书本之间的距离低于35cm时，电路将会发出声光报警来对使用者进行警示，调整正确的坐姿，注意对视力的保护。
⑵ 在对光强环境的检测中，如果使用者所使用的光线强度过强或过弱时，电路将发出声光报警来对使用者进行提示，调整目前所使用的光线的强度，注意对视力的保护。
⑶ 在对学习时间的检测中，如果使用者的学习时间超过45分钟，电路将发出声光报警，提示使用者学习时间过长，注意对视力的保护。
二、视力保护器系统设计
（一）整体设计方案
视力保护器的设计的目的是多个方面最大程度的保护视力。本文设计的视力保护器在总体上有三种功能，测距、感光以及定时，当任一测试模块的测试值到达其报警限度时，就会发出声光警报。
（二）系统总框图
硬件设计主要以AT89C51单片机为核心，它的功能电路主要由超声波报警电路、光强报警电路、定时报警电路以及蜂鸣器报警电路等核心电路组成，并利用C语言软件进行编程。本设计的系统总框图 如图1
（三）单片机的选择
对于控制系统的大小以及复杂度，单片机的选择必须考虑它的基本参数以及增强功能。基本参数包括芯片的处理速度，ROM只读内存容量，输入/输出端口的引脚数量以及它需要的工作电压等，增强功能包括是否拥有双指针，双串口，USB接口等功能附加模块。本次设计只有超声波以及声光报警等需要控制，它的复杂难度比较低，只需要用较为低端的单片机就能够实现本次设计。。
对于能否更容易的掌握学习本次设计，单片机的选择需要从它所支持的编辑语言出发，是否简单易学，并且拥有良好的编辑环境。同时为了设计的方便，需要丰富的单片机资料，其中包括完备的芯片使用说明书，芯片的应用指南以及多个范例程序。
对于设计在运行时的可靠程度，单片机的选择需要考虑它在工作时是否有较宽的温度范围，是具有一定的抗干扰能力，以及比较低的功耗。按照工作时的适用温度来作为区分，常用的单片机芯片一般可以分为商用级、工业级以及军品级。本次设计只需选择一般的商用级别。在功耗以及抗干扰程度方面，本控制系统所需的要求都不高，一般的单片机芯片都能够满足本次设计的要求。
综上所述，本系统选择AT89C51单片机作为主控芯片。
（四）传感器的选择
超声波测距的原理是先发出超声波然后检测到反射回来的超声波，同时根据声速计算出物体的距离。超声波测距方案简单，对硬件要求不高，但声音的速度容易受风向和温度的干扰，还有可能被吸音面吸收。超声波的最近测量距离较小，发射角比较大，量测的是点到面的距离。不过在本次设计中，只需要其进行短距离量测，不需要太高的精度。而且超声波检测使用方便，计算简单，易于实时控制。在感光模块中，本设计通过光敏电阻与OP07芯片所构成的电压比较器作为感光模块的主要部分。
（五）编辑语言的选择
三、硬件设计
（一）系统原理图
本设计主系统由以AT89C51为核心芯片的电路来实现，如图3，这是该设计的系统原理图，该设计主要是由单片机主控电路、声光报警电路、超声波检测电路、光强度检测电路、电源电路、按键电路所组成。
（二）单片机主控电路
单片机主控电路是整个设计的心脏，一般由单片机，复位电路以及晶振电路组成。如图4。
本文设计的视力保护器所使用的是AT89C51单片机,它拥有32个输入输出端口以及128字节的内部存储空间，还拥有一个全双工的串行通信口并能提供时钟电路。其性能比较适用于本次设计。
本设计通过按键复位的方式来实现复位电路。将按键，10uf的电解电容以及10k的电阻并联，并将其连接到AT89C51单片机的RST引脚上。复位电路的作用便是将电路初始化。
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