基于单片机的近视预防报警系统设计

牛静娟 天津交通职业学院汽车工程系 300110

基于单片机的近视预防报警系统设计

牛静娟 天津交通职业学院汽车工程系 300110

该系统用于实时监测青少年的读书环境和读书姿势，并适时发出警报，使青少年时刻保持适宜的光线和恰当的读书距离，保护眼睛，预防近视。系统利用光电手段对书与眼睛的距离进行实时监测，并将监测结果交由微型单片机进行处理，当超出允许范围时，单片机发出声光警报，提醒纠正学习姿势。经过测试，此设计可以对青少年眼睛起到保护作用，一定程度上降低近视的发生概率。

近视预防；单片机；红外光；声光报警

1.引言

据有关资料统计，目前中国中小学在校学生当中，眼睛近视所占比例已居世界第二位，并有逐年上升趋势。学生近视多发生在8～17岁之间，除了一小部分是遗传形成的以外，绝大部分是由于用眼时间较长以及不良的用眼习惯所造成的。因此，防治近视日益受到学生家长和社会各界的广泛关注。

减少近视的关键是预防，近视的预防应由幼儿开始，注意平常生活环境及养成良好习惯，很多的近视就可避免，已经近视的也可避免恶化。预防近视没有可靠的捷径，关键还是要在发育年龄期间注意培养良好的卫生习惯和建立合格的环境条件。具体措施可归纳为以下几点：

（1）注意保持正确的读书姿势，双眼离书本的距离约35厘米左右。

（2）看书与写字时，光线应适度，不宜过强或过暗。

（3）看书时间不宜过长，每40～50分钟，应休息10～15分钟，闭眼或向远处眺望数分钟或做眼保健操，防止眼睛过度疲劳。

（4）不要躺着阅读，不要在非静止状态下阅读，如走路时阅读、在晃动的车船中阅读等。

（5）要认真做好眼保健操，穴位准确，动作到位，做好眼保健操能够畅通眼部血液循环，减轻眼疲劳，对于预防近视作用十分明显。

（6）要注意饮食营养，常吃含蛋白质、含VA含VC、含钙的食物，对预防近视也有一定的效果。

在以上的几条措施中，后3点是个人和家长通过努力和坚持可以做到的，前3点是不好人为控制的，比如，第一点，双眼距离书本的距离是不便测量，不好做到实时监测的；第二点，看书的光线强度，没有专用的仪器也是常规无法测量的，不能准确估计的；第三点，看书时间的长短，在集中精力学习的时候，也是容易忽略时间的长短。所以针对于这种情况，我们研发了基于单片机技术的近视预防报警系统，自动监测读书的光线环境、读书的距离和读书时间的提醒，实时监测用眼环境，协助青少年的合理用眼，起到预防近视的作用，以满足市场的需求。

2.控制系统的结构和功能

2.1 控制系统的组成

单片机控制系统采用EM78P153芯片，系统采用模块化的结构设计，主要由测光电路、测距电路、电池低电压监测电路、信号处理电路和声光报警电路组成，为一实时闭环控制系统，其组成框图如图1所示。

2.2 控制系统的功能要求

近视预防仪是测量学生用眼环境并协助纠正用眼不良习惯的智能测试仪器,主要功能是测量学习环境的光照环境、监控看书距离和防止用眼过渡。它的基本工作过程是：通过红外线的发送和接收装置检测双眼距书本的距离，通过光敏电阻测量环境的光线强度，将检测到的信号经过信号处理传送到单片机控制系统，通过微控制器对监测的数据进行分析处理，给局处理的结构控制报警系统发出相应的报警信息。

根据青少年由于学习造成的近视眼的主要原因，设定三种自动监测功能：

距离监测：距离监测设定为35cm ±5cm，当人体眼部距监测仪小于35cm，持续时间大于5秒时，红色指示灯点亮，并发出声音警告；恢复正确姿势，声光警告立即消失。

时间监测：时间监测设定为40分钟：当学习时间达到40分钟时，黄色指示灯点亮，并发出声音警告。

光线监测：当学习环境光线超出适宜范围时，蓝色指示灯点亮，并发出音乐警告；调整光线使其恢复正常后，声光警告立即消失。

3.系统的硬件电路设计

（1）MCU控制芯片选型

仔细研究对比了SUMSUNG、ELAN、WINBOND、HOLTEK等公司的MCU，综合考虑产品的性价比，最后选定ELAN公司的EM78P153.

（2）硬件电路的设计

控制电路：EM78P153及外围电路开关。

检测电路：红外发射电路，连接有红外发射管，用于发射红外线；红外接收电路，连接有红外接收管，用于接收人体反射的红外线。

报警电路：与红外接收电路连接，连接有音乐片，红外接收电路接收到红外光线后而导通报警电路，发出声音报警。

测光电路：该电路连接有光敏电阻，测光电路与上述的红外接收电路、报警电路连接。

4.系统的软件设计

软件程序完成对连续读书时间的计时、学习环境光线的监测、看书距离监测和在不同条件下发出相应的报警信号的任务。中断程序完成对学习时间超时的响应，并点亮相应的控制指示灯；计时/计数程序为其他程序提供时间标准；报警程序控制蜂鸣器动作,并能根据不同情况发出不同的报警声音。主程序主要完成各种数据的实时监测，并对采集到的信息进行分析判断,得出学习者的状态信息,并适时开启不同状况的报警信号。主程序流程图如图2所示。

5.结束语

该系统设计简单，使用方便，一定程度上能对青少年的眼睛起到保护作用。并且，根据不同需要，还可以对系统进行适当改进,使其更完善或使其适合不同的人群。比如，让用户可以自行设定报警条件,根据自身的身体状况和工作需要，对学习的时间做适当的调整。或将其应用于成年人使用电脑的工作环境中，只要将相应的参数做适当的调整即可。

本系统运行可靠，能够较好地实现不同条件下的报警,能够在一定程度上预防近视的发生率,并且本系统具有设计简单、使用方便的特点,具有推广应用的前景。

[1]宋新强，曹咏梅. 青少年近视眼发病机制、防治方法的研究与探索.2004-中华预防医学会少儿卫生分会第六届全国学术交流会.

[2]吴炳胜，王桂梅. 80C51单片机原理与应用.北京：冶金工业出版社. 2001

[3]马家辰，孙玉德等. MCS-51单片机原理及接口技术. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社.2005

牛静娟;硕士研究生;讲师;研究方向:自动化控制;工作单位：天津交通职业学院汽车工程系。