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• 本文标题：多功能视力保护器设计.doc
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• 内容摘要：多功能视力保护器 学院 信息学院 专业， 姓名， 指导老师， 电气工程及其自动化 黄智杰 学号， 职称， 160109100954 齐连众 实验师 中国珠海 二零二零年五月 诚信承诺书 本人郑重承诺，我所呈交的毕业论文多功能视力保护器是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，论文使用的数据真实可靠。 承诺人签名，黄智杰 日期，二零二零年三月一日摘要 青少年近视在我国已成为一个日益严重的社会问题。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，戕害着身心的健全。于是，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。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。 本设计主要由三部分电路组成，距离检测电路光强检测电路定时计时电路。距离检测电路应用超声波反射原理，由发射器发出振荡脉冲，经反射后被接收器接收，再经放大电路将接收到的信号放大，驱动指示灯闪亮，实现距离检测和报警功能，光强检测电路应用光敏电阻的阻值随着外界光强变化，实现对环境光的检测作用，并提醒使用者调整光强，定时计时功能主要是应用CD4060芯片的计时功能实现的。本人采用STC89C52单片机进行控制整个系统，使用光线自动调节功能，对亮度进行正确的调节，根据传感器来感知人体的位置，判断是否开关，或者是否发出相应警告纠正坐姿的控制方式。 关键词，STC89C52，超声波，光敏电阻，CD4060芯片 Abstract JuvenilemyopiahasbecomeanincreasinglyserioussocialprobleminChina。Asamodecommondiseasemyopiacanhardlybecured。Atpresentlaserresectionisactuallyharmfultothenaturalintegrityofthehumanbodyandthephysicalandmentalhealth。Thereforeforahundredyeapeoplehavebeenusingthestupidmethodofglassconcaveconvextomaintainpeopleseyesofseekingoutsideworld。Researchshowsthat99%ofthecausesofmyopiaareduetochildresittingposturewhenreadingandwritingresultingintheireyestooclosetobooks。 Thedesigncoistsofthreeparts:distancedetectioncircuitlightinteitydetectioncircuittimingcircuit。ThedistancedetectioncircuitusestheprincipleofultrasonicreflectionthetramittersendsouttheoscillationpulsewhichisreceivedbythereceiverafterreflectionandthentheamplificationcircuitamplifiesthereceivedsignaldrivestheindicatorlighttoflashandrealizesthedistancedetectionandalarmfunctiothelightinteitydetectioncircuitusestheresistancevalueofphotoseitiveresistortochangewiththeexteallightinteitysoastorealizethedetectionofenvironmentallightandremindtheuserThetimingfunctionismainlyrealizedbythetimingfunctionofCD4060chip。IuseSTC89C52singlechipmicrocomputertocontrolthewholesystemusetheautomaticlightadjustmentfunctiontoadjustthebrightnesscorrectlyaccordingtotheseortoperceivethepositionofthehumanbodyjudgewhethertoswitchorwhethertosendoutthecorrespondingwaingtocorrectthesittingposturecontrolmode。 Keywords:STC89C52ultrasonicphotoresistCD4060chip 目录 第1章绪论 1 1。1  课题研究背景和意义 1 1。2研究目的 1 1。3  设计方案的提出  2 1。4本文的主要研究内容及论文结构安排 2 第2章 总体方案的选择 3 2。1主控芯片的选择 3 2。2  照明模块的选择  3 2。3三极管驱动模块 4 2。4  PWM芯片控制模块 4 2。5  遥控模块的选择  4 2。6热释电红外传感器 5 2。7光敏电阻 5 2。8报警模块的选择 6 2。9智能蓝牙台灯方案的确定  6 第3章硬件设计 7 3。1单片机及最小系统 7 3。2台灯驱动电路 9 3。3按键控制电路 10 3。4台灯指示电路 11 3。5光敏电路 11 3。6。5V电源电路设计 12 3。7。光照检测电路设计 12 3。8。PCF8591AD采样电路设计 13 3。9。JDY30蓝牙模块电路设计 14 3。10蜂鸣器报警电路，低电平有效，设计 16 3。11。HCSR505人体热释感应模块电路设计 16 第4章软件设计 20 4。1KeilC52软件简介 20 4。2Protel99SE软件简介 21 4。3程序流程图 22 5系统调试和仿真 23 5。1硬件的焊接 23 5。2系统硬件调试 24 5。3系统软件调试 24 5。4Proteus仿真 25 5。4。1Proteus仿真软件简介 25 5。4。2Proteus仿真软件的使用 25 5。4。3系统仿真图 25 结论 26 参考文献 27 致谢 28 第1章绪论 1。1  课题研究背景 青少年近视在我国已成为一个日益严重的社会问题。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，戕害着身心的健全。于是，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。多功能视力保护器的。 1。2研究意义和目的 由于我们的实验设备的原因，所以在对多功能视力保护器的机器进行研发的时候，需要对一些硬件进行制造。所以实验内容由两部分组成，就是对视力保护器的硬件进行设计和实现。在实验的时候需要考虑到怎样把视力保护和硬件调试的难点。而设计实验硬件设备的时候，多功能视力保护器的电路需要利用到超声波技术的参与，也就是利用超声波接收头来对超声波信号进行改变，这样就可以达到利用声光就可以提示电路进行工作的要求，在经过多次实验可以得到，这个视力保护器可操作，可实现，操作起来非常简单，但是也存在一定的缺点，那就是缺乏光线控制报警，因为光线也是影响学生视力的一个原因。这个实验利用的是这个电子硬件的基础知识来进行探讨的，可以帮助后期进行多功能视力保护器的研究，而且也可以为怎样提升视力保护的效果提供很大的参考价值。因为国内外出现很大的需求，所以视力保护器在诞生阶段就备受关注，全球每个国家都有一些公司对此进行研发，希望在以后的某一天，视力保护器会有一个非常好的发展，这也可以造诣广大学生。 经历了这次实验，让我对我大学四年所学，所见，所想而做出了一次总结。这也是我人生当中对大学的一个总结。这个实验综合了多个学科的知识，有机械编程等，可以很好的提高我的实践能力。为以后的工作打下坚实的基础。 1。3  设计方案的提出  这个设计选择的是STC89C52单片机来用作多功能视力保护器的中央处理器件这个保护器利用的是光敏电阻来接收光线的，经过AD来感应光线的强弱，将光线的强弱分成很多级别，利用设定的报警级别来感应光照，从而发出报警信号。还要通过超声波测距传感器来检测人与桌面的距离大小，如果小于设定值，则会发出警报。利用单片机自带的定时器，可以当用户连续使用超过设定值，也同样会发出警报。这个系统选择的报警电路是用三极管驱动蜂鸣器来制作的。 1。4本文的主要研究内容及论文结构安排 第1章。主要介绍本设计的课题背景及国内外研究状况， 第2章。主要说明系统方案的选择， 第3章。主要介绍硬件电路的组成及使用方法， 第4章。主要介绍软件设计， 第5章。主要介绍硬件调试， 第2章 总体方案的选择 本系统采用单片机+LCD1602液晶+超声波模块+蜂鸣器+ADC0832+光敏电阻+按键而成。 STC89C52是宏晶科技公司的产品具有8K网络程序设计闪存的低功耗8cmos微处理器STC89C52使用的MCS51内核为加强版，加强后的MCS51内核要比未加强的MCS51的功能要多上许多，比如芯片具有4KEPROM存储器STC89C52芯片指令兼容，并且需要以电的方式存储数据，则可以直接使用内部存储器，而不必使用外部存储器芯片将其存储在中。它具有成本低方便等优点。 MSP430单片机作为主控芯片 1996年，德州仪器公司发布了一款MSP430单片机，也叫混合信号处理器。 它可以生成数字电路和模拟电路，还可以形成具有各种功能的处理器，多功能处理器的优点是功能强大，它能把多个模拟电路集成到一个芯片上，同样不同功能的微处理器也可以集成在一个芯片上。MSP430虽为混合信号处理器，但它的能耗却很低，带有简单的命令集。这种单片机发难度大，价格高，不被普遍采用，一般在用电池供电的便携仪器中用得比较多。 综上所述，之所以决定使用宏晶科技的STC89C52单片机作为主控芯片，这是综合考虑到了开发的难易度成本以及资源的合理分配做出的决定。 2。1。2显示模块的选择 选择一，显示设备配置的是LCD1602I液晶屏 LCD1602液晶屏的优点是能大范围的显示出各类字符，可以将162也就是32个字符全部显示出来，这些字符主要包括数字，字母，符号，自定义字符。LCD1602主要用于小范围的显示场合，主要是57点阵组成的一个字符，其在数据传输主要是采用串行数据传输，因此看起来十分简单，这个显示器和市场上的显示设备HD44780液晶屏控制原理是一致的。 选择二，选用LCD1602液晶显示设备 LCD1602主要表现是大屏，其显示的分辨率为12864，一共具有8192个，由4位8位串行和并行组成的液晶显示屏，其的主要接口比较简单，方便操作，可以在系统上表现是人机互动界面，这款显示设备显示信息量巨大，它显示的主要对象是84行1616的点阵汉字，这样就能够对能源大大减少消耗，在显示功能上表现很全面，但是如果不全部用完就会造成空间的浪费，因此如果在设计不需要这么大的屏就不要用，不然造成成本上的浪费。 综合上述的描述，考虑到本设计显示内容比较少，最终选用LCD1602液晶显示屏来显示。 2。1。3坐姿检测模块 因为此保护器需要判断坐姿是否合理，所以列出一下两个方案， 方案1， 选用红外热释电传感器，红外热释电传感器可以灵敏地感应到红外线，若人坐姿正确，即可打开视力保护开关，若坐姿不正确，红外热释电传感器就会输出低信号。若红外热释电传感器敏感度高，则对视力保护的作用不大，即使人发生一些很小的移动，保护器也会发出报警，所以影响不好。只有当人坐着不动的时候，才能正常运行。综上所述，红外热释电传感器不是多功能视力保护器的最佳选择。因此放弃此方案。 方案2， 选用超声波传感器来进行检测。超声波传感器可以利用人的脸与学习的桌子的距离来判断坐姿是否正确。如果距离达不到设定值，就会发出报警。这个传感器的质量小，个体小，且操作简单，成本低，可以很好地用作视力保护器，而且也符合实验要求。综上所述，选择这个方案。 2。1。4 光照强度检测模块 光照度传感器的选择 方案1， 选用的光照度传感器的型号为M124749，此传感器是选择比较成熟的电路来进行开发，足以符合该实验对于光照测量的需求，还有一个原因是此传感器的输出功率相比而言更标准，个体更小，安装起来也是非常简单，有着很远的传输距离，能够很好的抵抗干绕，不过有个缺点就是成本很高且不容易购买。 方案2， 选用光敏电阻来测试光照强度。光敏电阻的工作原理主要是利用光线照射，从而让电阻内的电子进行激发，然后转变成自由电子。当光线照射的强度越大，自由电子的数量就越多，最后电阻就会更小。这个光敏电阻有一个好处是，它里面的光电效应与电极没有什么关系，因此能够使用直流电源。这个光敏电阻与灵敏度，半导体材料以及入射光的波长有关，价格又比较便宜而且性价比高。 对比上面的两个方案，方案一有着较好的线性度和准确度，不过缺点明显。方案二则有着较好的性价比，它也能够达到系统开发的需求，综上所述，选择第二个方案。 2。1。6电源稳压电路设计 因为这个实验是选择用电池来进行供电的，所以列出以下方案， 方案1， 选用12V的蓄电池来作为系统的供电设备。蓄电池有着很强的驱动电流能力，并且输出的时候十分可靠。它的缺点就是个体太大，当出现问题的时，更换的成本非常高，在视力保护器里使用不太合适。因此我们决定放弃这种方案。 方案2， 选用3节1。5V干电池来作为系统的供电设备。它也能提供单片机的电压，经实验验证，系统在运作时，单片机传感器都能够达到系统的需求。当电池出现问题的时候，更换也非常简单。 综上所述，选择的是方案2。 2。1。7语音模块 语音模块用的是WT588D语音芯片，单片机，。正常情况下这款语音芯片是利用当从片发声的，有非常多的输出输入接口，又拥有外置FLASH存储器，完全符合一台FLASH单片机的配置。WT588D的性能好，使用起来又相对简单。这款和51单片机有相同之处。WT588D语音芯片是广州唯创与台湾华邦合作研发的，其优点是可重复擦除烧写的语音单片机芯片，用处非常大。 2。1。8报警模块的选择 方案一，采用语音报警模块 语音报警，表面上看起来是方便的，但是编程上相对比较复杂。 方案二:发光二极管和蜂鸣器作为报警模块 该方案编程简单，利用声光相结合不仅降低人工成本，还能及时的反馈用户信息。 综上所述，最终还是决定采用。 1。STC89C52单片机上带有两种电路，一种是复位电路，另一种是晶振电路。其中复位电路也分为两种，手动和上电模式。 2。其中有三个功能，第一种是利用超声波来进行测量距离，第二种是用光敏电阻来检测光照强度，第三种是设置定时报警装置提醒学习时间。 3。不仅能利用超声波的感应范围来改变测量的距离，还能利用光线的强度差异来调节光敏电阻的阻值，而且能利用学习时间的多少自定义报警时间。 4。当超声波感应到人体的面部和桌子的距离小于安全值时，便会使用声光提醒使用者及时改变坐姿。 5。会自动检测学习环境光线， 6。学习时间自动， 第3章硬件设计 3。1单片机及最小系统 3。1。1STC89C52单片机的介绍 我所用来作为电路控制核心处理器的STC89C52是Atmel公司专为单片机研发的芯片，此芯片是运用高密度非易失性存储器，成本低能源消耗低的控制器。存储空间为8K空间相对比较大。可进行编程的控制芯片，STC89C52被人们广泛的运用于各方面。在本小节中将对STC89C52的引脚结构进行挑选式讲解其中的一部分来说明该芯片的运用方式。 引脚结构如图31所示， 图31STC89C52引脚结构 VCC:电源 GND:地 如图所示，P1。0与P1。2是外输入引脚，P1。0T2是触发输入引角，其它引脚号的功能请对照下表。 引脚号 第二功能 P1。0 T2，定时器计数器T2的外部计数输入，，时钟输出 P1。1 T2EX，定时器计数器T2的捕捉重载触发信号和方向控制， P1。5 MOSI，在系统编程用， P1。6 MISO，在系统编程用， P1。7 SCK，在系统编程用， P3口除了本身所具备的功能外还可以作为STC89C52特殊功能，第二功能，使用，如下表所示。 引脚号 第二功能 P3。0 RXD，串行输入， P3。1 TXD，串行输出， P3。2 (外部中断0) P3。3 (外部中断0) P3。4 T0，定时器0外部输入， P3。5 T1，定时器1外部输入， P3。6 (外部数据存储器写选通) P3。7 (外部数据存储器写选通) T:是电路的复位输入。能够在看门狗计时完成后对其进行复位操作。 3。1。2STC89C52单片机的最小系统 对于整个单片机系统的设计，主要是各个部件的设计和安置需要深入分析，整个系统主要是两种只有两种电路，一种是复位电路，另一种是时钟电路电路复设计了两种复位模式，一种是自动复位一种是按键复位。使用的电路设计相对是比较简单的，并且容易操作，出现问题也比较容易解决...
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