一種智能護(hù)眼系統(tǒng)

趙家浩

（佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院，廣東 佛山 528000）

一、引言

隨著教育事業(yè)的發(fā)展，中小學(xué)生的學(xué)業(yè)壓力不斷增加，導(dǎo)致學(xué)生的課余時間基本是在書桌上度過的。長時間的學(xué)習(xí)和不注意的用眼習(xí)慣，使學(xué)生的視力情況不容樂觀。據(jù)統(tǒng)計，我國學(xué)生的近視率排到世界第二，僅次于新加波，而且我國人口的近時發(fā)病率為33%，是世界平均水平22%的1.5倍。而針對學(xué)生視力不容樂觀的情況，市場對于改善學(xué)生視力的電子產(chǎn)品卻很少，針對學(xué)生在書桌上學(xué)習(xí)時用眼習(xí)慣的不健康的產(chǎn)品更是少之又少。根據(jù)此種情況設(shè)計研究出一個具有智能護(hù)眼，能實時檢測學(xué)生的學(xué)習(xí)用眼時間，學(xué)習(xí)環(huán)境的光度，學(xué)生眼睛是否是在合適的距離并能實時提醒的系統(tǒng)，改善此種情況。

二、系統(tǒng)概況

該系統(tǒng)的硬件設(shè)計以AT89S51單片機為核心處理器，通過紅外傳感器獲得人與所觀看物的距離數(shù)據(jù)和光敏傳感器獲得周圍環(huán)境的光強數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)化傳給AT89S51芯片進(jìn)行處理。如果獲得的光強數(shù)據(jù)表示光線太弱，則會啟動提示燈黃色LED燈提示，再控制PWM控制高亮LED燈去調(diào)節(jié)周圍的光度；如果獲得的光強數(shù)據(jù)表示光線太強，則啟動蜂鳴器進(jìn)行報警提示，閃爍LED提示，并控制PWM控制高亮LED燈降低提供的光強；如果獲得的距離數(shù)據(jù)表示人與所觀測物太近，則啟動蜂鳴器報警，并閃爍紅色LED燈進(jìn)行提示。環(huán)境的光度情況和距離的情況都會再顯示模塊顯示出來，并顯示當(dāng)前工作使用的時間，若使用時間超過一定的時間，系統(tǒng)將啟動蜂鳴器報警，并用高頻的閃爍紅色和黃色LED提示。如果用眼習(xí)慣正確并用眼環(huán)境正常的話，系統(tǒng)會顯示綠色LED燈，并且關(guān)掉之前用眼習(xí)慣不正確和用眼環(huán)境不合適的提示設(shè)備。

三、主要硬件設(shè)計

（一）電源模塊

電源模塊可使用5.0V直流電壓作為供電電源，用于對紅外傳感器、光敏傳感器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊及單片機等供電。

（二）顯示模塊

顯示模塊采用LCD1602作為顯示屏，用于顯示當(dāng)前系統(tǒng)工作的時間，和顯示周圍環(huán)境光強的情況和人到所觀看物的距離情況。顯示屏LCD1602的具體主要接法是將單片機AT89S51芯片的P0口作為數(shù)據(jù)的傳輸口，將P2.7與LCD1602顯示屏的使能端口相連，P2.6與LCD1602數(shù)據(jù)/指令控制端口相連，P2.5與LCD1602讀/寫控制端口相連。

（三）AT89S51芯片控制系統(tǒng)

以11.0592MHz的晶振作為提供AT89S51芯片的工作時鐘。將晶振插在圖中的P5中的1、3接口，再晶振的兩端分別加上30pF的電容進(jìn)行濾波處理。AT89S51芯片主要是通過將A/D轉(zhuǎn)換模塊獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后通過一定的判斷和算法，對提示LED燈，顯示屏LCD1602等做出反應(yīng)。

（四）高亮LED控制驅(qū)動電路

該驅(qū)動電路通過單片機IO管腳的輸出高低電平來控制LED燈的亮度，通過控制PWM輸出的占空比來調(diào)節(jié)LED的亮度。

四、軟件設(shè)計

軟件設(shè)計主要是在系統(tǒng)工作中，不斷獲取傳感器獲得的數(shù)據(jù)，保證系統(tǒng)對環(huán)境的及時性。

先將獲得的數(shù)據(jù)與預(yù)先設(shè)置閾值比較，對情況進(jìn)行編碼。然后根據(jù)得到的情況編碼去運行相應(yīng)的函數(shù)。如果獲得光線強度弱，則會通過IO端口置高電平啟動提示燈黃色LED燈提示，再控制增加PWM的占空比控制高亮LED燈去調(diào)節(jié)周圍的光度；如果獲得光線強度太強，則通過給高電平啟動蜂鳴器進(jìn)行報警提示，閃爍LED提示，并控制減小PWM控制高亮LED燈降低提供的光強；如果獲得的距離數(shù)據(jù)太小，則控制IO口輸出高電平啟動蜂鳴器報警，并閃爍紅色LED燈進(jìn)行提示。如果用眼情況正常，則將之前設(shè)置提示的IO口拉低電平，并通過拉高IO電平控制綠色LED亮。在每次判斷結(jié)果都將結(jié)果顯示在顯示屏上。在系統(tǒng)工作時，定時器則開始計時，若工作時間超過一定時間，則控制器會控制IO輸出頻率高的方波給紅色和黃色LED燈供電，紅色和黃色LED燈不斷地閃爍。軟件設(shè)計框圖如圖1如下：

圖1 軟件設(shè)計框圖

五、結(jié)論

該設(shè)計具備實時檢測學(xué)生學(xué)習(xí)時與書本的距離、學(xué)習(xí)時周圍的環(huán)境光強并自動補光、自動計時的功能，并且能夠在當(dāng)學(xué)生用眼不健康或者周圍光度不適合學(xué)習(xí)的時候，進(jìn)行提醒。該系統(tǒng)具有經(jīng)濟實用，能夠?qū)W(xué)生學(xué)習(xí)時用眼習(xí)慣進(jìn)行一定改善，對改善學(xué)生近視有一定改善意義。