基于单片机的视力保护器设计

基于单片机的视力保护器设计

[1] 选题简介、意义

21世纪是广大中小学生学习压力最大的时期。2006年9月13日，黑龙江省暨哈尔滨市青少年心理健康宣传月活动圆满结束，活动月期间，50余名心理咨询专家对2000余名大中小学生心理咨询时发现，近30%学生处理人际关系困难，近60%中小学生学习压力大，学生近视在我国已经成为一个日益严重的问题。国家有关部门对许多职业均有明确的视力要求，而一旦近视，花再多的钱医治也不可能恢复原有的视力。学习压力如此之大，学习时间如此之多，那么，有一个保护视力的装置显得越来越重要。

目前，青少年视力低下，已成为国内外共同关心的公共卫生问题。资料显示，我国小学生视力低下率为26.96%，初中生53.43%，高中生72.8%，大学生77.95%。特别是调查显示50%以上的学生及家长缺少视力保健最基本的科普知识，不懂得“近视与盲只差一步”的危害性，因为有41.6%视力低下的学生并未采取任何矫正措施，又缺专业机构的治疗。对此我们进行多功能视力保护器的研究设计。通过创造健康的读写环境和科学方式，避免因长期读写导致的近视、驼背、脊椎侧弯、斜视、颈椎病等疾病的发生和发展，用非医药的手段，防范和解除因不良读写习惯，避免给人们身体带来伤害。这个时代在给了我们太多好处的同时，也给了我们太多的附属和悲哀，比如：如果顺其自然90%的孩子将来要注定和眼镜做一辈子“伴侣”近视，作为一种现代通病，几乎没有办法根治它，目前的激光切除手术其实是伤害了人体的自然完整，残害着身心和健全。于是，百年来人们沿用着“玻璃凹凸”的笨办法延续着人们对外界求索的目光。研究表明，造成近视99%的原因，源自于孩子们平时读书、写字时坐姿不标准，导致眼睛距离书本太近所致。

综上所述：为了避免因长期使用不正确的读写姿势而导致的额近视，脊椎弯曲变形、驼背、斜视以及颈椎病等。有必要设计一款视力保护器进行防范。从而纠正人们读写的不良姿势，习惯。避免给人们的身心带来伤害。尤其对学生群体而言，可帮助学生矫正坐姿，改善学习环境，培养学生良好的学习习惯，保护学生视力。

[2] 课题综述（课题研究，主要研究的内容，要解决的问题，预期目标，研究步骤、方法及措施等）

1.课题的主要研究内容

鉴于单片机芯片的智能处理功能，本设计采用理论计算和实验验证的方法相结合的以单片机芯片为核心的主体电路。首先是对各单位电路进行设计，并选择合适的元器件。在选择元器件时，要注意所选芯片的性价比，对于电阻、电容等常用元件要先进行参数计算后再选择。其次是设计整个电路。并在计算机上对各个单元电路进行相应功能的调试仿真。

2.要解决的问题

没有光线控制报警的功能，光线也是伤害学生的视力的一个重要因素。该设计通过该电子硬件的制作和理论的研究，能为后期进一步设计多功能视力保护器并采取合理措施提高视力保护的有效性提供可靠和有效的数据源和信息依据。调查显示，市面上的产品大多只侧重保护视力的一个方面，功能较为单一，不能从多个角度对使用者的视力进行保护。

3.预期目标

当检测到使用者身体（脸部）到写字台的距离低于设定值时，光线亮度低于下限值或高于上限值，当学习时间达到45分钟时都会产品声光报警。

4.研究步骤

第一阶段：查阅文献，收集资料，确定课题方案，完成开题报告；

第二阶段：完成系统构架，进行结构设计、硬件设计、软件设计；

第三阶段：进行系统模拟；

第四阶段：完成毕业论文及答辩。

5.工作方法及措施

工作方法：本课题采用理论计算和实验验证相结合的方法。

措施：查阅相关资料了解硬件设备的使用及注意事项，基于在实验室所获得的实践经验，在教师的指导下，以单片机为基础，设计开发视力保护器装置。

[3] 设计（论文）体系、结构（大纲）

第一章引言

1.1课题的背景

1.2课题研究的意义

第二章系统总体方案设计

2.1系统的主要组成

2.2系统控制原理图

第三章系统硬件设计

3.1单片机选型

3.2光线报警电路

3.3定时报警电路

3.4单片机控制电路

第四章系统软件设计

4.1关于系统的开发软件简介

4.2系统软件设计

4.3主要程序介绍

第五章总结

参考文献

致谢

本设计的主要内容是利用MCU以及传感器检测学习中学生的坐姿，一则帮助矫正坐姿，另一方面保护视力。下面简单叙述一下原理，利用光敏传感器测量环境中实时的光线亮度，根据按键设置亮度报警值，一旦值大于或者小于设定值，MCU控制声光报警器报警提示调整灯光亮度。另一个红外传感器主要是测量用户的坐姿，小孩子在写作业的时候经常会不自觉的爬在桌上，不利于身形以及视力的保护，因此采用测量距离桌面距离，一旦值大于或者小于设定值，MCU控制声光报警器报警，提示改变坐姿。并且在同时会有LCD液晶显示报警原因。本设计还利用时钟芯片，定下学习时间，一旦学习超过四十分钟，声光报警提醒休息。

本设计主要有，功能设计：测量眼睛距离桌面距离；测量环境光线强度；测量学习时间；显示信息等。电路设计：传感器电路、主控电路、声光报警电路、时钟电路、模数转换电路、按键电路、LCD显示电路、电源电路等。

参考文献

【1】李广弟. 单片机基础（第3版）[M]. 北京：北京航空航天大学出版, 2013

【2】陈必群. 电子产品印刷电路板设计与制作[M].大连：大连理工大学出版社, 2014

【3】周润景. 基于PROTEUS的电路及单片机系统设计[M]. 北京：航空航天大学出版社, 2006

【4】刘福元. 自动指纹识别算法研究[J]. 湖南大学电气与信息工程学院, 2007

【5】赵负图. 现代传感器集成电路[M].北京：人民邮电出版社，2000

【6】王福瑞. 单片微机测控系统设计大全 .北京：北京航空航天大学出社,1999

【7】雷晓平．单片计算机及其应用（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2005

【8】阎石．数字电子技术基础（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006

【9】周巍黄雄华．数字逻辑电路实验·设计·仿真[M]. 电子科技出版社，2007

【10】康华光．电子技术基础（模拟部分第五版）[M].北京：高等教育出版社，2008