基于单片机的视力保护及身姿矫正器设计

1摘要近年来，我国青少年近视率大大增加。对此本文提出了一种以单片机为核心的视力保护及坐姿矫正器设计。本文利用大学三年课堂中所学习的的一些理论知识和实训课中所学到的实践能力，以STC89C52单片机为核心元器件，围绕它进行硬件电路设计和软件程序设计。其中硬件电路有：整体电路的核心单片机最小系统电路、用来检测书写距离的红外线检测电路、用来检测学习时光线强弱的光线检测电路、用来作为显示设备的LCD1602液晶显示电路、以及用来作为提醒报警的蜂鸣器LED提醒电路。软件程序方面，本设计主要利用单片机C语言作为软件语言，其中比较主要的有红外线模块驱动程序、定时报警程序、单片机驱动程序等。本设计以单片机原理与接口技术、C语言程序设计、数字电子技术、模拟电子技术等课堂里的知识传感器等知识为主要理论依据，具体就多功能视力保护器的理论与硬件设计进行了研究。关键词：单片机原理与接口技术；传感器技术；C语言程序设计；2目录第一章设计背景1.1引言1.2研究背景与意义第二章产品的功能2.1、预计功能2.2、具体设计思路第三章硬件设计3.1、主电路的组成3.2、单片机最小系统电路3.3、红外线检测电路3.4、光线检测电路3.5、报警电路3.6、其他辅助电路第四章软件设计4.1、程序框图第五章心得体会第六章结论第一章设计背景1.1引言青少年时期是身体发育的重要阶段，由于青少年在看书、写字时不能持久保持正确姿势，容易造成近视、驼背等疾病，严重危害青少年的正常发育。目前很多学生由于不注意自己的坐立姿势，小小年纪就给人一种精神不振的感觉，时间长了对其自身的骨骼成长也有很大影响。据调查，现在的青少年有60%80%都有不同程度的近视、驼背、偏肩等情况，对未来的学习、工作、生活造成很大影响。另外，成年人也需要保持正确的坐姿，以防脊椎患病。1.2研究背景与意义通过对现有产品的调查，市场上的视力坐姿矫正器主要机械平衡式坐姿矫正器，列如电子平衡式防瞌睡报警器、背背佳、利资坐姿乔正器、支架式坐姿矫正器等等。这些产品主要是通过力的作用，将身资强行纠正。因此自身存在着很大的局限性。例如，对身体有很大的负担，会造成呼吸不畅，身体紧绷长时间得不到放松等等。而且还会让人产生厌倦的心理，一旦不使用，读书学习的姿势又会变得原来那样，不能让人养成一个良好的学习习惯。而本产品能够随时提醒读写者，端正坐姿，挺直腰背，养成良好的读写习惯，提高学习效率，有效防止驼背、脊椎弯曲以及近视等身理疾病，有效的保护学生3的身心健康。第二章、产品的功能2.1、预计功能本产品叫做视力保护及身姿矫正器，它主要的功能就是保护使用者的视力和纠正使用者不正确的学习姿势，帮助学生做到国家教委规定：学生在读写时，应在合适的亮度下，眼离读物一尺，身离书桌一拳。保护青少年的身心健康。采用AT89C52单片机控制。P3.7口输出大约38KHz的脉冲信号，驱动红外发光管LED1。接收管PTR1是一体化的红外接收头。安装时让红外发光管和接收头构成反射式传感器。当学生的坐姿不正确，即头离书本太近时，LED1发出的38KHZ红外光被学生的头部或脸部反射回来，照到PTR1上。由于接收头的中心频率是38KHZ，所以接收头输出低电平，将单片机的P1.3脚拉低。经内部程序判断后在单片机的P3.4口输出100ms的高电平，驱动蜂鸣器发声，提醒学生改正坐姿。2.2、具体设计（1）当使用者脸部与桌面之间的距离小于30CM时,电路将发出声音提示；（2）当读写环境光线照度不足时,电路将发出声音提示；（3）当使用时间达到45分钟时,电路自动发出提示,提醒使用者注意休息；（4）电路测光报警的灵敏度可调；（5）电路可靠,做出实物能够实现相应的功能。第三章、硬件设计3.1、主电路的组成其中硬件电路有，整体电路的核心单片机最小系统电路、用来检测书写距离的红外线检测电路、用来检测学习时光线强弱的光敏检测电路、以及用来作为提醒报警的蜂鸣器LED提醒电路,还有给电路供电的电源电路。3.2、单片机最小系统电路单片机最小系统是整个设计的核心，可称之为大脑，或者心脏，其中又细分为单片机、复位电路、晶振电路。本产品使用的是STC89C52单片机，这款单片机有4组32个io口，一个8位数据总线接口，一个串口，一个外部中断输入，功能上完全满足本产品的设计要求，并且价格较低，通用性强。复位电路使用的是手动按键复位，由一个按键和一个10uf的电解电容及一个10k的色环电阻并联接到单片机的RST脚上。用来使电路恢复到起始状态。晶振电路，由一个12.000hz的晶体振荡器，两个20pf的瓷片电容组成，与单片机的XTAL1、XTAL2两个引脚连接。用来给单片机提供稳定的时钟信号，使单片机的每一条指令都能够严格按照机器周期来执行。4图3-1单片机最小系统电路3.3、红外线检测电路本产品的超声波检测电路主要由一个红外线测距模块构成。单片机控制电路的调制信号输出端与发射接收电路的第一三极管(Ql)连接，第一三极管(Ql)驱动红外线发射管(Dl)发射出红外光波；光电二极管(D2)接收红外线发射管(Dl)发射的红外光波并产生震荡电流，震荡电流经过第二三极管(Q2)的放大反馈至单片机控制电路信号端；单片机控制电路的输出端与提示电路的第三三极管(Q3)连接，输出高电平信号与报警器连接，驱动报警器发出提示信号。3.4、光线检测电路光线检测电路由光敏电阻，2k色环电阻和JR42AH型AD转换芯片组成。光敏电阻将检测到的光线强弱的模拟量经芯片CH0脚输入芯片，通过AD转换芯片的处理变成数字量，再通过芯片CLK、DO、DI三个引脚将信息传送到单片机P15、P16两个引脚当中。当光线发生变化时，光敏电阻的阻值也就不同，然后分得的电压也不同。经过AD采集后就可以得到各种光照强度下的电压值。从而设定出理想的光线强度报警值。图3-2光线检测电路3.6、报警电路报警电路由一个8550三极管，两个2k色环电阻，一个发光二极管，一个蜂5鸣器组成。当光线或超声波检测异常时，发出警报。当P13脚发生变化时，报警电路发生反应。图3-3报警电路3.7、其他辅助电路由一个塔式开关和一个电源接口组成电源电路，由三个独立按键组成控制电路图3-4其他辅助电路第四章、软件设计4.1、程序框图本设计采用c语言编写。c语言是一种计算机程序设计语言。它既有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。它可以作为系统设计语言，编写工作系统应用程序，也可以作为应用程序设计语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序。本产品主要程序都是利用C语言编写。主要有：红外线模块驱动程序、AD转换程序、定时报警程序、按键程序，延时程序等。详细程序见附录。第五章心得体会经过一周的单片机课程设计，经历了很多也学会了很多。刚开始实在不知道从何下手，通过认真查阅资料，整个设计就开始有了头绪。首先，对要设计的系统有个整体的思路，接下来画流程图这样可以对系统有个总体的认识，画完流程图就到了编写程序，在编写程序的时候才发现自己对C语言还需要进一步的学习和巩固，经过反复的修改终于踏入了第三步，画硬件的外部接线图，在画图的时候必须了解AT89C52芯片中各如个引脚的功能，学会怎6么样去使用AT89C52这个可编程并行接口芯片，怎样去锁存地址等等。在上学期理论学习的基础上，又下了一次苦功夫，对如何设计一个系统有了进一步的了解，巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。认识了Proteus单片机仿真软件，并能用它仿真出正确的结果。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。此次的设计，其实也是我们所学知识的一次综合运用，让我深深的认识到了学习单片机要有一定的基础，要有电子技术方面的数字电路和模拟电路等方面的理论基础，特别是数字电路；也要有编程语言的汇编语言或C语言。要想成为单片机高手，我们首先要学好汇编语言，然后转入C语言学习，所以我们不能学到后面就忘了前面的知识，更应该将所学的知识紧紧的结合在一起，综合运用。单片机作为我们的主要专业课之一，虽然在大三开学初我对这门课并没有什么兴趣，觉得那些程序枯燥乏味，但在这次课程设计后我发现自己在一点一滴的努力中对单片机的兴趣也在逐渐增加。现在想来，觉得学校安排的课程设计有着它更深层的意义——通过课程设计让我们综合了学过的理论知识来运用到设计和创新之中，增强了自己的动手和实践能力，提高了自己独立思考的能力，为将来继续学习和工作打下了基础尽管我们在课堂学到的内容很有限，但在以后的学习中单片机还需要好好的深入研究和学习，学好了单片机也就多了一项生存的本钱。最后感谢老师对我们的精心指导和帮助，感谢同学们对我的帮助。本次毕业设计硬件上完成了一个STC89C52单片机的视力保护器的设计，并在此平台上用单片机C语言进行软件设计，经过测试，基本满足设计目标，可以完成各项基本功能。本系统开发空间大，使用灵活，便于用户扩展功能。当然，由于时间关系，本次设计的系统也有某些不太完善的地方，有待进一步改善。参考文献[1]曹天汉《单片机原理与接口技术》电子工业出版社33-35[2]唐文彦《传感器》机械工业出版社45-47[3张金锋金欢阳名《传感器及其应用》西安电子科技大学出版社32-35[4]吴金戌沈庆阳《8051单片机实践与应用》清华大学出版社48-49[5]王东峰《单片机C语言应用100例》电子工业出版社78-80[6]谭浩强《C语言程序设计》清华大学出版社137-139