智能视力保护系统设计与制作

沈阳工学院 肖键 郑昊 陈玉玲

1 引言

在现阶段，经济发展迅速，网络、电视高速发展，很多培训机构都采用网络教学，网络教学内容丰富多彩，视频、动画、图片、文字等多姿多彩，都需要用到眼睛，对视力有非常大影响，造成很多青少年近视，对大部分的孩子身心影响巨大，尤其是在中小学青少年成长和发育的关键期，学生缺少自我保护意识，虽有家长和老师的监督，但效果不够明显，不良的阅读、写字习惯一旦形成，青少年早早戴上眼镜，对青少年的生活会有一定的影响。

学生近视在现阶段已成为一个非常严重的问题。国家有些部门对一些职业有明确的视力要求，青少年一旦出现近视，即使花再多的钱医治，想恢复原来视力的可能性也是非常低的。一些专家研究发现，造成青少年近视的最重要因素读书写字姿势不正确。国家教委规定：学生在读写时，应在一定亮度下，眼睛离读物一尺，身离书桌一拳[1]。在如今学习中，青少年课业压力非常大，学习看书时间非常多，有一个智能视力的提醒装置便显得越来越重要。因此本次课题研究主要是针对如何能够提醒和监督青少年用眼健康，端正坐姿，时刻提醒青少年养成良好的读写习惯，有效防止出现驼背、脊椎弯曲、近视等情况，从而保护青少年的身心健康。

基于实验室现有硬件设备，致力于研究多功能视力保护装置设计与制作，主要研究分为硬件设计与制作、软件设计、硬件与软件综合调试几个部分[2]。

2 系统硬件电路设计与制作

结合实际，硬件设计主要由超声波检测与测距电路设计、光线检测与报警设计、定时报警电路设计、按键电路设计、声光警示电路,显示电路等组成，系统的硬件电路原理框图如图1所示。

图1 硬件原理框图

测距原理利用I/O口TRIG触发脉冲测距，发出10us的高电平触发信号，检测模块自动发送8个40kHz的方波，自动检测是否有信号返回到系统，当有信号返回时，通过I/O口输出高电平，采集到高电平的持续时间就是超声波从发送到返回的时间[3]。测试距离公式1所示：d=公式中d为检测距离；v为声速340m/s；t检测的高电平持续时间。

设计电路时，当检测的距离小于设定的数值时，触发信号检测后，电路出现声光报警、语音播报、LCD模块显示距离，从而提醒和警示学生调整角度，端正坐姿，适当休息，保护视力。

光线检测报警设计时，利用光敏电阻特性，当光敏电阻控制电路检测条件满足时发出脉冲，该脉冲作用于单片机的I/O，通过检测I/O是否为高电平持续时间，利用中断控制，给出满足报警条件的脉冲，再由电路发出警示语音，及时调整光线，由此达到保护青少年视力的目的[4]。

打开电源，电路工作中，光敏电阻与超声波测距同时工作，当光线较暗，青少年眼睛与桌面距离小于设定的规定距离时，都会触发语音报警，语音报警提示会发出“请注意保护视力”的警示语音。该音频的录入来自本项目的成员。电路原理图如图2所示。

图2 电路原理图

电路原理图中核心模块为STC89C52单片机，J1模块为ISD语音播报系统，通过软件设计可以录制真人语音，实现语音播报，J3、J4模块为超声波收发模块，J3模块与单片机的P1.7相连，J4模块与单片机的P2.2，P2.3相连，实现超声波测距功能。电路中设置了按键模块，K1按键与单片机的P3.4口相连，实现功能选择，K2按键与单片机的P3.5相连，实现“加”功能设置，K3按键与单片机的P3.6相连，实现“减”功能设置，K4按键与单片机的P3.7相连，实现复原功能。电路中设置的LCD显示，语音报警，声光显示功能，通过设计与制作，硬件已完成，基本功能已经实现。主要用到的设备清单如表1所示。

表1 智能视力保护系统设计硬件清单

图3 系统的主流程

3 系统软件设计与调试

程序设计采用模块化设计，规划出超声检测子程序、光线检测子程序、语音报警子程序等设计。该系统的主体流程图如图3所示。

系统开始后，首先初始化，然后进行超声波测距与光线检测，当检测擦好过视力保护阈值时，系统发出声光报警，并发生语音播报提醒，系统周而复始循环进行。超声波测距程序段为

4 结语

智能视力保护系统主要由超声波测距与光线检测装置组成，通过设定测试距离，实践制作并调试，设定距离为10～40厘米可调，当已选择10厘米报警时，身体与超声波测距距离小于10厘米时报警，同时语音模块开启，并播报“请注意保护视力”。当外部光线较暗时，光敏模块工作，光敏电阻的报警阈值设定为472，光线较暗时，蜂鸣器报警，语音模块工作。智能视力保护系统电路简单可行、测试方便、经济实惠。硬件制作中还存在不足，需要进一步改进测距精度。