基于超声波的护眼小卫士防近视仪

魏斐 王维

摘 要：本文在调研了我国青少年视力情况和市场上主要防近视产品的基础上，设计了一种新型超声波防近视仪，并对该超声防近视仪的原理和主要功能进行了阐述。该仪器小巧玲珑，携带方便，功能丰富，它还具有实时显示时间和温度，闹钟等功能，与其他的防近视仪器相比，它具有设备简单，运用灵活而且能从根源防止近视的特点。

关键词：眼睛；单片机；超声波

防近视仪根据超声波测距原理，实时的检测出人的眼睛距离屏幕或者前方障碍物的距离，并由单片机控制，当超出使用者提前设定的安全距离或者用眼时间超过设定时间时，该防近视仪可以自动报警并提示使用者保持适当距离或休息，从而能更有效地防止距离过近或用眼时间过长而带来的近视问题。

1 设计思想

众所周知，根据视物不同，眼睛观看的最佳距离和使用的最佳时间也不同为了能够根据具体情况最大程度的保护视力，特别设计了防近视仪器，它能够根据使用者事先设定的视物确定使用时间、安全距离等参数，在超出参数确定的范围时自动报警提醒使用者休息，防止过度用眼。

针对超声波探测距离的特性，本防近视仪器可以由使用者根据用眼时面对的是电脑，电视，纸质书本，还是电子书等来设定不同的安全距离，再对应不同的用眼情况确定最佳一次使用时间，以计时器计时，超过最佳一次使用时间时仪器将会提醒使用者休息，防止过度用眼。

本实用新型小发明涉及一种超声波测距模块，其包括超声波发射与接收装置、数据采集装置、障碍物检测以及单片机控制工作模式等装置。该系统实时性高，正确识别率高满足使用要求，解决了超声波测距系统中对人体部位与屏幕距离的自动检测，自动报警和提醒等问题。

2 设计原理

超声波测距在0.11m到4m范围内能精确测距，测量精度在2cm内，系统工作稳定。

采用的测量原理：超声波发生器T在某一时刻发出一个超声波信号，当这个超声波遇到被测物体后反射回来，就被超声波接收器R所接收到。这样只要计算出从发出超声波信号到接收到返回信号所用的时间，就可算出超声波发生器与反射物体的距离。计算公式为距离S=速度V×信号往返时间T÷2。要想通过测量超声波传播的时间准确确定距离，声速v必须准确选定。实际上声速随介质，温度，压力等变化而变化。由于大气压力变化很小，因此传播速度主要受温度的影响。在我们的设计测距系统中采用测量温度的方法补偿声速，即用测温元件测量实际环境温度修正声速。空气中的声速与温度的关系近似用下式表示：V=331.4+0.607T m/s T-℃

3 设计过程

本仪器主要致力于通过对使用者用眼距离以及用眼时间的提示并纠正，帮助保护使用者的眼睛，防止用眼不当和用眼过度引起的近视。

超声波探测器具有感应物体表面并探测距离的功能，可以采用人性化设计，使用遥控器上的按键由使用者自己控制。面对纸质书本时，探测器的工作模式为⑴由使用者自行设定安全距离和最佳一次使用时间；面对电子书时，探测器的工作模式为；⑵面对电脑屏幕时，探测器的工作模式为；⑶面对电视屏幕时，探测器的工作模式为；⑷这些模式之间的切换使用遥控器上的按键实现。同时为了增加增加探测器的使用时间，探测器的电源设计为可充电电源。

4 功能分析

本防近视仪器可以实现以下几个工作模块。

功能一、爱眼功能。根据不同工作模式设定不同的阀值，即报警距离。当测距模块所测距离小于使用者设定的阀值时，说明距离过近，喇叭报警提醒，延时一段时间后，待使用者调整好距离，继续检测；功能二、计时功能。根据使用者设定的阀值以及对应不同的用眼情况来确定最佳一次使用时间，以计时器计时；功能三、电子时钟功能。除使用者在调整参数时，显示屏在系统打开的情况下，始终显示电子时钟，日期，温度；功能四、闹钟功能。当电子时钟达到设定闹钟时间后，需要让超声波测距模块所测距离的变化超过一定的范围时才能解除闹铃。

温度传感器不仅起到显示温度的作用，还能有测距矫正的作用，提高测距模块数据的准确性。有些模块可以同时工作。

各个模式都可以通过遥控器打开及关闭，参数也都可以通过遥控进行调整，这样大大提高了端口利用率，同时使仪器的设计更加人性化，功能更加灵活和丰富。

5 总结

该防近视仪所用的器件不多，主要由单片机控制，使仪器所测数据和功能都得到了尽可能多的应用，硬件电路简单且成本低，实现了各个模式的工作既不冲突，又尽可能简洁。

本方案属于原理设计，并根据原理设计出简单的使用模型，是对超声波波防近视仪的一个改进思想。

[参考文献]

[1]曹学军.无线电通信设备原理与系统应用.机械工业出版社.

[2]黄智伟.单片无线数据通信IC原理与应用.北京航空航天大学出版社.

[3]Single Chip Low Cost Low Power RF Transceiver CC1100 datasheet[s].

[4]89C52单片机的原理及引脚功能.http：//www.doc88.com/p-74253354482.html.

[5]基于单片机89C52的温湿度调节系统.http：//www.doc88.com/p-339774819037.html.

[6]超声波测距模块的设计与实现.http：//www.eeworld.com.cn/mcu/2011/0411/article_3909.html.