摘 要

随着学习负担的加重以及电视、电脑等电子产品的大规模普及,导致越来越多的青少年在成长发育时期就开始近视,因此，整个社会越来越重视对青少年视力的保护，各种保护视力的产品也在市场的推动下蓬勃发展，但总体质量良莠不齐，有的产品功能较为单一，有的功能丰富但价格昂贵。因此，设计一款功能性与经济性相得益彰的视力保护仪器具有经济价值和社会价值。

本论文的设计是基于单片机的一种多功能视力保护器。本设计采用单片机为主控芯片，通过采集超声波反射信号测量人体与桌面的距离和通过光敏电阻和模数转换器来测量室内光强的变化，当测量距离小于设定值或者光强不在设定区间或定时时间到就开始报警。硬件电路包括单片机最小系统，光强检测电路，超声波测距电路，报警电路等并应用时钟芯片和液晶显示器实现定时功能和显示功能。软件设计则包括主程序设计，超声波、光强、显示、定时、报警子程序的设计。本系统具有成本低、易实现、操作简便直观，能有效提醒用户等特点。

关键词：视力保护；单片机；超声波；光强

Multifunctional Vision Protection device Design

ABSTRACT

More and more young people begin to myopia in their growth period because of the burden of learning and the popularization of electronic products like television, computer and so on. Therefore, the whole society pay more attention to the protection of young people’s eyesight.A lot of kinds of vision protection designs now are popular under the help of market.But the overall quality of these products are not same. Some products have a single function, some rich but expensive. Therefore,therea are economic value and social value by designing a vision protection instrument integrating the characteristics of being functional and economic.

The design of this paper is a multifunctional vision protector based on single chip microcomputer. This design uses the single chip computer as the main control chip,.It maesures the distance between huaman body and desk by collecting the ultra sonic reflection signal.It measures the change of indoor light intensity by photoresistors and the Analog-to-digital Converter.The device will start to alarm when the disance is less than the setting number and the light intensity is not in the setting region or the is over the timed time. The hardware circuit includes MCU minimum system, light intensity detection circuit, ultrasonic ranging circuit, alarm circuit and using clock chip and LCD monitor to realize timing and display function. Software design includes the main programs, ultrasonic, light intensity, display, timing and alarm sub programs.This design has the characteristics of low cost, easy to implement, easy to operate and it can be effective to remind users.

Key words: Vision Protection; Single chip; Ultrasonic; Light intensity

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

目 录 III

1 绪论 - 1 -

1.1 课题研究的背景和意义 - 1 -

1.2 国内外研究现状 - 2 -

1.3 本论文研究的内容及各章节的安排 - 3 -

1.3.1 研究目标 - 3 -

1.3.2 研究内容及章节安排 - 3 -

2 多功能视力保护器总体方案设计 - 4 -

2.1 系统的整体方案设计 - 4 -

3 硬件电路设计 - 6 -

3.1 系统主要芯片的选定 - 6 -

3.1.1 主控芯片选型 - 6 -

3.1.2 测距芯片选型 - 7 -

3.1.3 A/D转换器选型 - 8 -

3.1.4 液晶显示器的选型 - 9 -

3.1.5 时钟芯片的选型 - 10 -

3.1.6 电源芯片的选型 - 11 -

3.2 硬件电路 - 11 -

3.2.1 主控芯片电路设计 - 11 -

3.2.2 电源电路设计 - 12 -

3.2.3 按键电路设计 - 13 -

3.2.4 距离检测电路设计 - 13 -

3.2.5 光强检测电路设计 - 14 -

3.2.6 液晶显示电路设计 - 15 -

3.2.7 定时电路设计 - 16 -

3.2.8 报警电路设计 - 17 -

4 系统软件设计 - 18 -

4.1 主程序设计 - 18 -

4.2 超声波子程序设计 - 19 -

4.3 光强子程序设计 - 19 -

4.4 显示子程序设计 - 20 -

4.5 按键子程序设计 - 21 -

5 电路仿真 - 23 -

5.1初始化 - 23 -

5.2超声波仿真图 - 24 -

5.3光强仿真图 - 26 -

5.4 定时仿真结果 - 27 -

5.5 按键仿真结果 - 28 -

结论 - 30 -

致 谢 - 31 -

参考文献 - 32 -

附录一： - 33 -

附录二： - 35 -

1 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

改革开放以来，随着社会整体经济的快速增长，人们的物质生活水平有了明显提升。但与此同时，青少年的学习压力与负担也因为社会高速发展带来的激烈竞争而日益增长。除此之外，伴随着科学技术的日新月异，大量的电子设备如电视，平板电脑，手机，笔记本等已经充斥了青少年生活，学习，工作的方方面面。综合这些情况青少年在学习成长的过程中产生了一系列的问题^[1]。其中，未成年人日益严重的视力下降问题就引起了社会广泛的关注。由于青少年视力尚处于发育期，同时又因为青少年的学习压力比较大，长时间的写字阅读加上看书写字的姿势不正确，以及沉迷于智能手机、笔记本电脑等电子产品很容易致使用眼过度。长时间的用眼不休息很容易导致眼部疲劳进而产生近视。据有关部门对全国学生体质素质健康的调查统计，青少年视力不良的问题已经成为了发病率最高的常见病。并且伴随着年龄的增长近视的比例和程度也一同增长。其中，大多数近视新发病例都发生在从小学到高中的发育阶段。相关研究同时指出，长时间近距离阅读易导致眼部疲劳和眼部肌肉调节功能的下降^[1]。长时间的使用电视和电脑且距离屏幕太近是导致寒暑假成为近视高发期的重要原因。从世界卫生组织的调查结果看，当前世界范围内大约有4500万人目盲以及2.85亿人视力低下，视力问题已经成为了全社会关注的公共卫生和社会问题。如果置之不理，到2020年全球盲人的数量预计将增长到7500万。

随着近视问题的日益严重，社会各界对青少年的视力保护问题都引起了广泛关注。近视作为当今世界发病率最高的眼病之一，根据最新数据显示，我国青少年的近视眼发病率约在50%-60%，位居世界第二，同时发病人数已经位于世界之首^[2]。更严重的是，我国近视人群在存在着向低年龄段蔓延的趋势，这种问题发生的重要原因之一就是青少年看书写字的姿势不正确并且过长时间的写字阅读。这种不正确的用眼方式会使眼睛的结构和功能发生适应性的变化，使眼部视力发生不可逆的变化从而导致近视。由此可以看出，在青少年在无外部提醒的情况下，及时提供一种由外部发出的干扰结束来打断青少年长时间学习用眼就显得十分重要。所以设计一款视力保护仪器就是很有必要的。本设计提出的多功能视力保护器可以依据对室内光照强度的检测和对使用者与桌面距离的检测来控制青少年的学习或娱乐时间，通过这种方法保护青少年的视力并促进青少年身心健康的发展。

1.2 国内外研究现状

为了应对青少年日益严重的近视问题，国外许多公司都设计了各种产品。如法国的艾斯·布鲁斯研发设计的光明天使博士镜，其原理是通过采用智能变焦技术，自动调节睫状肌功能来保护视力。与此之外，还有如美国的威廉·贝茨设计的阿瞳二代是利用计算机虚拟技术，对眼部采用3D视力训练，恢复睫状肌部分的弹性，并且采用数码针灸的方式对眼部进行护理，打通眼部经络以此达到提高视力的目的^[3]。除了以上两种，国外类似的产品不一而足。