1.8.2液晶显示模块电路 .................................................................................... 10 1.8.3 1602引脚 ........................................................................................................ 11
2 软件设计 .................................................................................................................... 12
2.1 系统软件设计 ........................................................................................................ 12 2.2 系统主程序流程图 ............................................................................................. 12 2.3 定时器程序流程图 ............................................................................................. 12 2.4 超声波测距子程序流程图 ............................................................................ 14
3 系统的安装与调试 .............................................................................................. 15
3.1 安装步骤 ................................................................................................................... 15 3.2 电路的调试 ............................................................................................................. 15
结束语 ................................................................................................................................ 16 附录A 英文文献原文 ......................................................................................... 18 附录B 英文文献译文 ......................................................................................... 22 附录C 实物图 .......................................................................................................... 25 附录D 源程序 .......................................................................................................... 27 附录E 元器件清单 ............................................................................................... 39
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引言
由于数码科技产品的不断进步，我们的视力急剧下降。学生近视在我国已成为一个日益严重的社会问题。一旦近视，花再多钱去治疗都是不可能恢复到最初的视力。统计显示，中国学生的视力低下，初中生是53.43%，高中生是72.8%，大学生是77.95%。超过50%的学生和家长缺乏视力保健的最基本的科学知识，不了解“近视与盲的距离只差一步”，41.6%的视力不好的学生没有采取任何纠正措施并缺乏专业治疗。研究表明，99%的近视原因是儿童阅读、写作的坐姿不正确导致视力下降。大多数孩子喜欢趴在桌上书写，教师和家长对孩子屡教不改，这一直是令老师和父母头痛的事[1]。
在国内外，许多电子公司有自己生产的视力保护装置。国内在这方面的研究现状是：国内生产的视力保护器，被称为坐视宝，它能有效地在不当的坐姿情况下声音提示用户矫正坐姿，可以正确的阅读、书写。总体来看，国内生产的视力保护装置的功能特点是比较简单的，但它不能很好地满足用户的需求。国外也致力于对视力的保护研究，但更侧重于研究近视的原因。德克萨斯大学西南医学中心的博士，他说，吃鱼和新鲜蔬菜能保护视力，降低近视的发生概率。他们认为，通过适当的饮食和营养搭配和正确的学习习惯，对视力的保护能起到事半功倍的效果，但现实是事与愿违。
因此，设计一个能多方面保护视力的视力保护装置是很重要的。基于以上所述的特点，展开了研究，此次设计是在现有硬件平台的基础上，主要实现了硬件的开发与设计，并完成了相应的硬件制作。研究内容分为两个部分：视觉力保护器的硬件设计和硬件制作。在设计中如何有效的提高视力保护以及对硬件电路准确调试是本次设计的难点。在硬件设计上，基于超声波技术的设计实现了对多功能视力保护器的距离控制，光敏电阻对光线感应进行控制，单片机对时间进行控制。对工作的理论研究具有一定的指导意义[2]。现在很多国内外市场的需求，视力保护器才刚刚开始，有很大的发展空间，在这方面的研究在各个国家的许多公司都在进行，未来的视力保护器能对中小学生进行基本的保护，我相信可以得到很大的发展。
对于单片机的智能处理功能来说，这次设计,使用理论计算和实验验证相结合的方法，单片机芯片为主要部分的主体电路。第一步是对各部分电路进行设计，并选择合适的元器件。在选择元器件时，主要看的是芯片的性价比，对于电阻、电容等常用元件要先进行参数计算再选择。第二步是设计整个电路，并在计算机上对各单元电路进行相应功能的调试仿真。其中单片机芯片选用性价比较高的89C52型，光线报警选用光敏电阻，报警发声系统选用蜂鸣器。在设计中利用89C52型单片机的定时功能即P3.4和P3.5的T0和T1，利用单片机的C语言编程[3]。
本次毕业设计的研究内容是设计一个多功能视力保护器。它有以下功能：
1)当用户脸部与桌面之间的距离小于30CM（可调）时，电路发出声音提示。 2)当用户在读写环境光线照度不足时，电路将发出声音提示。
3)当连续用眼时间达到45min（可调）时，电路自动发出声音提示，提醒使用者休息。 4)单片机的主频为6KHZ；电路测光报警灵敏度可调。 5)电路可靠，要求能够实现相应的功能。
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1 硬件设计
1.1 系统硬件设计
1.1.1 电源稳压电路设计
方案一：
采用12V蓄电池稳压后为系统供电。电池具有相对较强的电流驱动能力和稳定的电压输出性能。但电池过大，更换成本高，在使用报警装置时不方便。所以我们放弃了这个计划。
方案二：
使用USB做为单片机，传感器的电源。经过测试和验证，单片机和传感器的工作电压可以满足系统的要求。
综上所述采用方案二。 1.1.2 主控制器模块
方案一：
采用的可编程逻辑器件CPLD作为控制器。CPLD可以实现复杂的逻辑功能，而且还有许多其他优点，如体积很小、密度很高、稳定性良好、功能扩展很方便。采用并行输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合于大型控制系统的控制系统。但从经济的角度来看，我们必须放弃这个计划。
方案二：
使用STC89C52单片机作为整个系统的核心，系统采用STC89C52单片机作为多功能视力保护控制单元的核心，我们系统全面的分析，关键在于系统实现自动报警，提醒和处理超声波信号和光强信息，在这一点上，芯片显现出它的优势，控制简单，方便，快捷。其结果是，单片机可以充分发挥其能力，具有更强大的控制功能和可寻址的操作功能，价格低廉等优点。STC89C52单片机具有强大的位操作指令和I/O端口可以按位寻址，程序空间高达8K。
[4]
对于本次设计是绰绰有余的，更可贵的是STC89C52单片机，价格很低。
因此，该方案是一个理想的方案。从使用的角度来看，我们选择了方案二。 1.1.3 光照强度检测模块
光照度传感器方面的选择。 方案一：
光照度传感器M124749。采用先进的电路模块技术的发射机发展的照度传感器，用于环境照明测量，输出标准电压和电流信号，体积小，安装方便，线性度好，传输距离远，抗干扰能力强，可调范围。但价格昂贵，而且不容易买。
方案二：
使用光敏电阻。光敏电阻的工作原理是当光照射时，内部电阻已处于稳定状态的电子激发并变成自由电子，所以光是强的，自由电子产生的就越多，电阻就越小。光敏电阻的优点是具有光电效应的内部和电极独立（光电二极管有关），可以使用直流电源。灵敏度和半导体材料，低价格。
对比以上两种方案相比，该方案具有较好的设计精度和线性度，但成本不如光敏电阻好。方案二具有较高的性价比，同时能满足系统的设计要求，所以选择光敏电阻作为一个光传感器。
1.1.4 报警提示模块
方案一：
使用语音报警，可实现语音提示，提醒用户进行休息，以及是否是正确的姿势，直接清晰。虽然使用语音提醒有很多优势，但语音芯片编程需要专业的程序员，复杂程序，不适用于视力保护器的普及。经过全面的比较，我们放弃了计划。
方案二：
蜂鸣器报警。蜂鸣器，体积小，重量轻，组装简单，使用方便，价格实惠，对促进视觉
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保护设备的普及有一个很好的优势。能更好的满足系统的要求，所以我们选择了这个方案。 1.1.5 坐姿检测模块
本系统需要检测坐姿是否正确，我们选了两种方案 方案一：
利用红外热释电传感器，红外热释电传感器的红外感应敏感，当坐姿良好，然后打开视力保护器，如果姿态变化电传感器将有一个高到低的电信号输出。虽然红外热释电传感器的灵敏度很高，但它并不适用于视觉保护器，当人们只是轻微的运动的眼睛保护器会报警，产生大量的误报。红外热释电传感器不适用于多功能视力保护器的坐姿检验，除非该人坐在那一动不动。经过综合考虑，我们放弃了此方案[5]。
方案二：
用超声波传感器检测。通过测量人的脸和桌面之间的距离确定坐姿。若距离小于30cm，则报警。超声波体积小，重量轻，使用方便。价格低廉，对于促进视觉保护设备的普及有一个很好的优势。能更好的满足系统的要求，所以我们选择了这个方案。 1.1.6 显示模块
方案一：
用数码管显示。数码管显示的速度快，使用不但简单，而且显示的效果简洁明了，但显示较单一，而且不能表达出很好的人机界面，因此我们放弃了用数码管来显示。
方案二：
用LCD1602液晶显示。LCD1602因为其显示清晰，显示的内容丰富、清晰，显示的信息量大，使用方便，显示快速而得到了广泛的应用。对于此系统我们需要显示的内容丰富，人机界面需要友好。
综上我们选择方案二。 1.2 最终方案
经过反复论证，我们最终确定了方案： 1)用USB供电；
2)用89C52单片机作主控制器； 3)用光敏电阻检测光照强度； 4)用超声检测坐姿；
5)用LCD1602液晶显示； 6)用蜂鸣器提醒。
硬件主要是基于89C52单片机、超声波测距报警电路、光报警电路，定时报警电路等。使用单片机语言编程。图1.1是系统设计的基本框图。
光敏电阻89C52单片机光强报警超声波测距报警定时报警
图1.1 系统设计基本框图
1.3 STC89C52单片机
STC89C52单片机包括中央处理器、程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、定时器/计数器、并行接口、串行接口和中断系统单元和数据总线，地址总线和控制总线和总线[6]。
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1.3.1 单片机管脚及功能
STC89C52单片机的管脚图如图1.2所示，其功能如下所述。
图1.2 STC89C52单片机的管脚图
其中，各引脚的功能为： 1)主电源引脚 VCC（40脚），接＋5V电源正端。 GND（20脚），接＋5V电源地端。 2)外接晶体或外部振荡器引脚 XTAL1（19脚），接外部晶振的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端。当采用外部振荡器时，此引脚应接地。
XTAL2（18脚），接外部晶振的另一个引脚。在片内接至反相放大器的输出端内部时钟电路的输入端。当采用外部振荡器时，此管脚接外部振荡器的输出端。 3)控制信号线 RESET（9脚），复位信号输入端，复位/掉电时内部RAM的备用电源输入端。 ALE（30脚），地址锁存允许/编程脉冲输入，用ALE锁存从P0口输出的低8位地址。在对片内EPROM编程时，编程脉冲由此输入。
PSEN（29脚），外部程序存储器读选通信号，低电平有效。
EA（31脚）,访问外部存储器允许/编程电压输入。EA为高电平时，访问内部存储器；低电平时，访问外部存储器。 4)多功能I/O口引脚
8052单片机设有4个双向I/O口（P0、P1、P2、P3），每一组I/O口线都可以独立地用作输入或输出口，其中：
P0口（32～39脚），双向口（三态），可作为输入/输出口，可驱动8个LSTTL门电路。实际应用中常作为分时使用的地址/数据总线口，对外部程序或数据存储器寻址时低8位地址与数据总线分时使用P0口，先送低8位地址信号到P0口，由地址锁存信号ALE的下降沿将地址信号锁存到地址锁存器后，再作为数据总线的口线对数据进行输入或输出。
P1口（1～8脚），准双向口（三态），可驱动4个LSTTL门电路。用作输入线时，锁存器必须由单片机先写入“1”，每一位都可编程为输入或输出线。
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