呂曉穎

摘要：設(shè)計的多功能視力保護器具有的功能為當(dāng)用戶的臉部或者身體與桌面的距離小于等于33 cm時，保護器中蜂鳴器發(fā)出提示音;當(dāng)工作或?qū)W習(xí)環(huán)境的光照度不足時，保護器也將發(fā)出測光報警提示;當(dāng)工作、學(xué)習(xí)時間大于等于40 min時，保護器將提醒用戶注意休息。經(jīng)過多次反復(fù)測試，保護器電路設(shè)計可靠，各項功能都可以準(zhǔn)確實現(xiàn)，幫助學(xué)生達到了國家教委的要求，即學(xué)生在讀寫時，應(yīng)在一定亮度下，眼離讀物一尺，身離書桌一拳。

關(guān)鍵詞：視力保護器;聲光報警;距離檢測;青少年

中圖分類號：TH77

文獻標(biāo)識碼：A

DOI：10. 15913/j.cnki.kj ycx.2019.10.021

近年來，隨著學(xué)生課業(yè)量的加重，越來越多的青少年患有近視。為了降低青少年的近視率，本文設(shè)計了一種具有超聲波距離檢測功能的視力保護器。

1 視力保護器硬件結(jié)構(gòu)框圖

本文所設(shè)計的智能視力保護器主要由五部分構(gòu)成：主控模塊、超聲波距離檢測模塊、蜂鳴器報警電路、光線強度檢測電路。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 視力保護器硬件設(shè)計

2.1 HC-RS04超聲波距離檢測模塊設(shè)計

HC-RS04超聲波測距模塊共有4個引腳：VCC引腳（接電源）、TRIG引腳（觸發(fā)信號輸入）、ECHO引腳（回響信號輸出）、GND引腳（接地），實物如圖2。首先連接超聲波模塊的電源引腳和接地引腳，然后給觸發(fā)信號的輸入引腳輸入一個長為20 us的高電平方波，這時模塊就會自動發(fā)出8個40 kHz聲波，與此同時Echo（回波引腳）端的電平會由O變?yōu)?，然后超生波就會返回，從而被模塊接收到，回波引腳端的信號將會由1變?yōu)镺，定時器計數(shù)停止，定時器記下時間是超聲波從發(fā)射到返回的總時間，最后根據(jù)以下公式計算出所測的距離：測試距離=[高電平時間×聲速（ 340 m/s） ]/2。

2.2 主控制模塊電路設(shè)計

主控模塊采用STC89C52單片機作為MCU，外圍電路中的晶振電路頻率為12 MHz，主控模塊電路具體設(shè)計如圖3所示。

2.3 聲光報警電路設(shè)計

聲光報警電路采用三極管Q18550作為驅(qū)動，聲光報警電路設(shè)計如圖4所示。其中R3為調(diào)節(jié)三極管基極偏置電流的偏置電阻，大小為2K。R4的作用為限制電路的電流，主要目的是保護指示燈不被燒壞。單片機P3.3管腳連接P33端，當(dāng)三極管導(dǎo)通時P33為低電平，促使二極管發(fā)光，同時蜂鳴器發(fā)出報警。當(dāng)P33由低電平變?yōu)楦唠娖綍r，三極管截止，聲光報警停止。

2.4 光強度檢測電路設(shè)計

本電路設(shè)計主要采用光敏電GRI與AD信號采集芯片ADC0832對光線強弱變化進行檢測，光敏電阻首先采集光線，GRI的阻值會隨著光線的強弱發(fā)生變化，這樣電路中的電壓就會隨之變化，進而把光信號轉(zhuǎn)換成電信號，然后把電信號傳送給ADC0832的2管腳CHO。

光照度采集電路設(shè)計如圖5所示。光敏電阻GRI和R6（ IOK）電阻進行分壓，然后接到AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬輸入通道O，主控單片機管腳P1.5接到ADC0832的片選使能CS引腳，CLK管腳接到單片機的管腳P1.4，單片機管腳P1.3接到數(shù)據(jù)信號端DI管腳。

2.5 LCD1602液晶顯示電路設(shè)計

本液晶顯示電路的DO-D7（數(shù)據(jù)端口）分別接到單片機的PO.O-P0.7管腳，E（使能端）接到單片機的P1.2管腳，RW（讀/寫選擇端）接到單片機的Pl.l管腳，RS（數(shù)據(jù)，命令選擇端）接到單片機的Pl.O管腳，Rl（限流電阻）連接顯示LCD顯示模塊的VO管腳，用來調(diào)節(jié)液晶顯示器明暗亮度。液晶顯示電路設(shè)計如圖6所示。

3 光照強度檢測子程序流程圖

首先，單片機初始化，然后光敏電阻對接收的光照強度進行檢測，通過A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，判斷光線是否過暗，如果光線過暗則信號會傳遞給蜂鳴器從而進行聲光報警提醒。如果光線不暗，光敏電阻將繼續(xù)檢測光照強度，以此循環(huán)往復(fù)。光照強度檢測子程序流程如圖7所示。

4 結(jié)束語

設(shè)計的基于超聲波測距模塊的智能視力保護器，與以往保護器不同之處在于，可同時進行距離和光照度雙重檢測。經(jīng)實驗測試，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，準(zhǔn)確率高，具有一定的商業(yè)應(yīng)用價值。

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