呂曉穎
摘要:設(shè)計(jì)的多功能視力保護(hù)器具有的功能為當(dāng)用戶的臉部或者身體與桌面的距離小于等于33 cm時(shí),保護(hù)器中蜂鳴器發(fā)出提示音;當(dāng)工作或?qū)W習(xí)環(huán)境的光照度不足時(shí),保護(hù)器也將發(fā)出測(cè)光報(bào)警提示;當(dāng)工作、學(xué)習(xí)時(shí)間大于等于40 min時(shí),保護(hù)器將提醒用戶注意休息。經(jīng)過多次反復(fù)測(cè)試,保護(hù)器電路設(shè)計(jì)可靠,各項(xiàng)功能都可以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn),幫助學(xué)生達(dá)到了國(guó)家教委的要求,即學(xué)生在讀寫時(shí),應(yīng)在一定亮度下,眼離讀物一尺,身離書桌一拳。
關(guān)鍵詞:視力保護(hù)器;聲光報(bào)警;距離檢測(cè);青少年
中圖分類號(hào):TH77
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
DOI:10. 15913/j.cnki.kj ycx.2019.10.021
近年來,隨著學(xué)生課業(yè)量的加重,越來越多的青少年患有近視。為了降低青少年的近視率,本文設(shè)計(jì)了一種具有超聲波距離檢測(cè)功能的視力保護(hù)器。
1 視力保護(hù)器硬件結(jié)構(gòu)框圖
本文所設(shè)計(jì)的智能視力保護(hù)器主要由五部分構(gòu)成:主控模塊、超聲波距離檢測(cè)模塊、蜂鳴器報(bào)警電路、光線強(qiáng)度檢測(cè)電路。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2 視力保護(hù)器硬件設(shè)計(jì)
2.1 HC-RS04超聲波距離檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)
HC-RS04超聲波測(cè)距模塊共有4個(gè)引腳:VCC引腳(接電源)、TRIG引腳(觸發(fā)信號(hào)輸入)、ECHO引腳(回響信號(hào)輸出)、GND引腳(接地),實(shí)物如圖2。首先連接超聲波模塊的電源引腳和接地引腳,然后給觸發(fā)信號(hào)的輸入引腳輸入一個(gè)長(zhǎng)為20 us的高電平方波,這時(shí)模塊就會(huì)自動(dòng)發(fā)出8個(gè)40 kHz聲波,與此同時(shí)Echo(回波引腳)端的電平會(huì)由O變?yōu)?,然后超生波就會(huì)返回,從而被模塊接收到,回波引腳端的信號(hào)將會(huì)由1變?yōu)镺,定時(shí)器計(jì)數(shù)停止,定時(shí)器記下時(shí)間是超聲波從發(fā)射到返回的總時(shí)間,最后根據(jù)以下公式計(jì)算出所測(cè)的距離:測(cè)試距離=[高電平時(shí)間×聲速( 340 m/s) ]/2。
2.2 主控制模塊電路設(shè)計(jì)
主控模塊采用STC89C52單片機(jī)作為MCU,外圍電路中的晶振電路頻率為12 MHz,主控模塊電路具體設(shè)計(jì)如圖3所示。
2.3 聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)
聲光報(bào)警電路采用三極管Q18550作為驅(qū)動(dòng),聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)如圖4所示。其中R3為調(diào)節(jié)三極管基極偏置電流的偏置電阻,大小為2K。R4的作用為限制電路的電流,主要目的是保護(hù)指示燈不被燒壞。單片機(jī)P3.3管腳連接P33端,當(dāng)三極管導(dǎo)通時(shí)P33為低電平,促使二極管發(fā)光,同時(shí)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警。當(dāng)P33由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí),三極管截止,聲光報(bào)警停止。
2.4 光強(qiáng)度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)
本電路設(shè)計(jì)主要采用光敏電GRI與AD信號(hào)采集芯片ADC0832對(duì)光線強(qiáng)弱變化進(jìn)行檢測(cè),光敏電阻首先采集光線,GRI的阻值會(huì)隨著光線的強(qiáng)弱發(fā)生變化,這樣電路中的電壓就會(huì)隨之變化,進(jìn)而把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),然后把電信號(hào)傳送給ADC0832的2管腳CHO。
光照度采集電路設(shè)計(jì)如圖5所示。光敏電阻GRI和R6( IOK)電阻進(jìn)行分壓,然后接到AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬輸入通道O,主控單片機(jī)管腳P1.5接到ADC0832的片選使能CS引腳,CLK管腳接到單片機(jī)的管腳P1.4,單片機(jī)管腳P1.3接到數(shù)據(jù)信號(hào)端DI管腳。
2.5 LCD1602液晶顯示電路設(shè)計(jì)
本液晶顯示電路的DO-D7(數(shù)據(jù)端口)分別接到單片機(jī)的PO.O-P0.7管腳,E(使能端)接到單片機(jī)的P1.2管腳,RW(讀/寫選擇端)接到單片機(jī)的Pl.l管腳,RS(數(shù)據(jù),命令選擇端)接到單片機(jī)的Pl.O管腳,Rl(限流電阻)連接顯示LCD顯示模塊的VO管腳,用來調(diào)節(jié)液晶顯示器明暗亮度。液晶顯示電路設(shè)計(jì)如圖6所示。
3 光照強(qiáng)度檢測(cè)子程序流程圖
首先,單片機(jī)初始化,然后光敏電阻對(duì)接收的光照強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè),通過A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),判斷光線是否過暗,如果光線過暗則信號(hào)會(huì)傳遞給蜂鳴器從而進(jìn)行聲光報(bào)警提醒。如果光線不暗,光敏電阻將繼續(xù)檢測(cè)光照強(qiáng)度,以此循環(huán)往復(fù)。光照強(qiáng)度檢測(cè)子程序流程如圖7所示。
4 結(jié)束語(yǔ)
設(shè)計(jì)的基于超聲波測(cè)距模塊的智能視力保護(hù)器,與以往保護(hù)器不同之處在于,可同時(shí)進(jìn)行距離和光照度雙重檢測(cè)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,準(zhǔn)確率高,具有一定的商業(yè)應(yīng)用價(jià)值。
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