基于52单片机多功能视力保护器坐姿矫正仪设计_本科论文Word格式.doc
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基于52单片机多功能视力保护器坐姿矫正仪设计_本科论文Word格式.doc
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关键词:
单片机;
超声波;
视力保护
Ⅰ
Abstract
Thispaperpresentsamulti-functionaleyeprotectionbasedonmicrocontroller,whichisdesignedprimarilyforvisionprotectionhardwareandsoftwarewerestudied.Inthehardwaredesignofthemainadvantageofthe89C52microcontrollerasthemasterchipperipheralsdesignedultrasonicalarmcircuit,lightintensityandtimingalarmcircuitsalarmcircuit;
theuseofClanguageprogrammingThisversatileeyeprotectioninsoftwaredesign.Thedesignachievedherfromthepast,allalarmfunctionslongerweaklightandtime.
Keywords:
MCU;
ultrasonic;
visionprotection
Ⅱ
目录
摘要 I
Abstract II
0前言 1
0.1选题背景 1
1总体方案设计 1
1.1主要器件的选择 1
1.1.1单片机的选择 1
1.1.2显示器件的选择 2
1.1.3光照强度检测模块选择 2
1.1.4报警提示模块选择 2
1.1.5电源稳压电路设计的选择 3
1.1.6坐姿检测模块的选择 3
1.2系统整体设计概述 3
1.3超声波的工作原理 4
1.4定时报警电路 4
2硬件实现及单元电路设计 5
2.1主控制电路模块 5
2.2电源电路设计 6
2.3蜂鸣器驱动电路 6
2.4按键电路 6
2.5光照强度检测电路 7
2.6显示模块 7
2.7超声波坐姿测距模块 7
2.8多功能视力保护器主电路图 8
3系统软件设计方案 9
3.1系统软件设计方框图 9
3.2系统主程序流程图 10
3.3各个软件模块关键代码 10
4系统的调试和结论 12
4.1硬件调试 12
4.2软件调试 12
4.3测试结果 13
4.4总结 14
参考文献 14
致谢 16
附录 17
0前言
0.1选题背景
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。
我们进行了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。
百年来人们沿用着“玻璃凹凸”的笨办法维系着人们对外界求索的目光。
既然治疗近视这么困难,人们为什么不听听2000年前中国中医经典的劝谏呢?
“是故圣人不治已病治未病”,防患于未然正和现在的“预防医学”不谋而合。
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。
大部分孩子喜欢趴在课桌上读写,并且老师、家长屡教不改,很难扭转习惯,是家长一直头疼的事。
综上所述:
如果人们使用不正确的读书写字姿势从而会导致近视、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。
0.2本文的设计意义和主要内容
首先是对各单元电路进行设计,并选择合适的元器件。
通过进行参数计算后在选择电容、电阻等常用元件。
其中单片机芯片选用的是较为普遍的STC89C52,坐姿传感器选用超声波传感器,光线报警选用光敏电阻来实现,报警发声蜂鸣器发声硬件电路
。
本次毕业设计的研究内容是设计一个多功能视力保护器。
它具备以下功能:
1.当使用者脸部与桌面之间的距离小于30CM时,电路将发出声光提示;
2.当读写环境光线照度不足时,电路将发出声光提示;
3.当使用者设定的时间为50分钟时,电路会发出声光提示;
4.电路测光报警的灵敏度可调;
5.电路可靠,做出实物能够实现相应的功能。
真正帮助学生做到国家教委规定:
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。
35
1总体方案设计
1.1主要器件的选择
1.1.1单片机的选择
方案1:
当选用可编程逻辑器件CPLD 作为控制器时。
它具有以下优点:
规模大、密度高、体积小、稳定性高、IO资源丰富。
如果提高系统的处理速度必须具有并行的输入输出方式,对大规模控制系统的控制核心很适合。
但是此系统没有必要用复杂的逻辑功能,对数据的处理速度的要求也没有非常高。
使用及经济的角度考虑我放弃了此方案。
方案2:
整个系统的核心是采用STC89C52单片机,单片机就显现出来它的优势:
控制简单、方便、快捷。
STC89C52单片机具有功能强大的位操作指令,I/O口均可按位寻址,程序空间多达8K,满足本设计也绰绰有余,更可贵的是STC89C52单片机价格非常低廉
因此,这种方案是一种较为理想的方案。
从方便使用的角度考虑,我选择了方案2。
1.1.2显示器件的选择
用数码管进行显示。
数码管显示速度快,使用简单,显示效果简洁明了,但是显示单一,不能表达出很好的人机界面,因此我放弃用数码管显示。
方案2:
采用LCD1602液晶显示,LCD1602液晶具有显示方便、美观、显示信息量大的特点,现在市场上集成度高的显示屏在编程方面也较为简洁,所以LCD1602液晶显示符合设计要求。
综上所述我选择方案2。
1.1.3光照强度检测模块选择
采用光照度传感器M124749,此传感器采用的是先进的电路模块技术开发变送器,用于实现对环境光照度的测量,输出标准的电压及电流信号,具有体积小,安装方便,线性度好,传输距离长,抗干扰能力强,量程可调等优点。
但价格昂贵,性价比不高,且不易购买。
光敏电阻的工作原理:
如果有光线照射的时侯,电阻内处于稳定状态的电子会受到激发,变为自由电子,当光线越强的时候,产生的自由电子也会越多,电阻就会越小。
它具有两个优点:
价格低廉,性价比高。
所以比较上面两个方案,方案1它有设计精度和线性度,但是性价比和光敏电阻相比不如。
方案2具有很高的性价比而且同时也能满足设计要求,所以最终选用了方案2。
1.1.4报警提示模块选择
本系统为多功能视力保护器,对于报警器来说,其提醒的方式有很多种。
我综合考虑了一下两种方案。
采用语音报警,可以实现语音提示用户休息,和姿势是否正确,直接明了。
虽然它有很大优点,但是它的价格非常贵和编程复杂,很不利于多功能视力保护器的普及。
经综合比较考虑,我放弃了此方案。
选用蜂鸣器报警。
蜂鸣器,体积小,重量轻,装配简单,使用方便。
价格实惠,对推进视力保护器的普及有很好的优势。
能够较好的满足系统的要求,于是我选择了此方案。
1.1.5电源稳压电路设计的选择
选用12V蓄电池稳压后为系统供电。
蓄电池的性能:
有较强的电流驱动能力和稳定的电压输出。
可是蓄电池的体积过于巨大,更换成本高,在报警器上使用极其不方便。
因此我放弃了此方案。
采用3节1.5V干电池共4.5V做电源,给单片机,传感器供电。
通过实验验证系统工作时,单片机、传感器的工作电压稳定能够满足系统的要求,而且电池更换方便。
综上所述采用方案2。
1.1.6坐姿检测模块的选择
采用红外热释电传感器,红外热释电传感器对红外线感应灵敏,当人把坐姿坐好,然后开启视力保护器,如果坐姿发生变化,热释电红外传感器有一个高到低电平输出。
虽然红外热释电传感器敏感度高,但是对于用在视力保护器上不合适,当人只是轻微的移动视力保护器也会报警,误报警的情况很多。
除非人坐在那一动不动,因此红外热释电传感器不适用于多功能视力保护器的坐姿检测。
经综合考虑,我放弃了此方案。
选用超声波传感器检测,是通过测量人脸与桌面的距离来确定坐姿。
当距离小于30CM时就提醒使用者。
超声波体积小,重量轻,使用方便。
价格实惠,对推动视力保护器的普及有很好的优势。
为了更好的满足系统的要求,所以我选择了这个方案
1.2系统整体设计概述
图1-2系统结构框图
根据以上设计需要,系统采用了一个设计方案,系统结构框图如图1-2所示。
系统采用STC89C52单片机作为多功能视力保护器的核心控制单元,本系统通过光敏电阻采集光线信号,通过AD采集光线信号的强弱,把光线强度等级化,通过设定光线等级来确定光照不足时报警。
利用超声波测距传感器测出人脸部与桌面的距离,当小于30CM时发出报警声提醒。
通过单片机内部定时器计时,当使用达到50分钟时电路自动发出声音提示,提醒使用者注意休息。
系统采用的提示电路由三极管驱动蜂鸣器组成。
1.3超声波的工作原理
图1-3避障原理
如图1-3所示是超声波避障原理图。
如果超声波发射器向制定的方向发射超声波时,计时与发射时同时进行的,当超声波在空气中传播的时候,如果途中碰到障碍物就会立刻返回来,如果超声波接收器收到反射波就立刻停止计时。
超声波在空气中的传播速度大约为340m/s,根据所用的时间t,就会计算出发射点到障碍物的距离(s),即:
s=340t/2就是所谓的时间差测距法。
1.4定时报警电路
报警电路分为单片机控制电路和报警发声电路。
它是通过单片机的定时计数功能完成定时50分钟并使报警电路发出报警声,用以提醒使用者休息。
89c52单片机内有两个可编程的定时器/计数器,满足诸如对外部脉冲进行记数,产生精确的定时时间,作串行口的波特发生器等功能的需要。
它具有两种工作模式(计数器模式和定时器模式)和4种工作方式(方式0,方式1,方式2,方式3)。
其控制字均在相应的特殊功能寄存器中,通过对它的特殊功能寄存器的编制,可以方便的选择适当的工作模式和工作方式。
当定时器/计数器为计数工作方式时,通过引脚T0和T1对外部信号计数,外部脉冲的下降沿将触发计数。
计数器在每个机器周期的S5P2期间采样引脚输入电平。
若一个机器周期采样值
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