基于单片机的视力保护器设计
摘要：近二十年来，中国近视者人数不断增加，并且年龄不断下移，甚至一些小学生就出现了近视的状况。为此国家教育以及卫生部门不止一次的发布相关调查公告，导致儿童近视的一大部分原因是孩子在学习的时候没有正确的坐姿，而且如今人们繁忙的生活，父母极少有时间在旁边陪伴提醒。为解决以上问题，本设计提出一种基于单片机的视力保护器系统设计。采用智能提示的方式，实时的检测使用者坐姿，便于矫正。因穿戴简单，性价比高，并且功能多样，具有良好的市场价值。
关键词：视力；单片机 ；智能化
Design of Vision Protector Based on Single Chip Microcomputer
Abstract: Over the past two decades, the number of Chinese myopia has been increasing, and age has been moving down, and even some primary school students have appeared in myopia. For example, the National Education and Health Department published more than once the relevant investigation announcement, resulting in a large part of children's myopia because the child is not the correct sitting time, and now people are busy living, parents have little time to accompany the reminder The In order to solve the above problems, this design presents a system based on single-chip vision protection system design. Using intelligent prompt way, real-time detection of user sitting, easy to correct. Because of simple to wear, cost-effective, and versatile, with good market value.
Keywords：Vision; Single chip; Intelligent
目录
第一章 绪论 3
1.1设计背景以及意义 3
1.2 国内外发展情况 3
第二章 系统方案设计 5
2.1 设计的主要内容 5
2.2 系统设计 5
2.3方案论证 6
2.3.1测距传感器选用方案论证 6
2.3.2单片机选择方案论证 7
2.3.3 时钟芯片方案论证 10
2.3.4 显示模块方案论证 12
2.3.5 按键输入方案论证 13
2.3.6 数据转换芯片选型方案论证 14
第三章 硬件电路设计 16
3.1 单片机最小系统电路设计 16
3.2 电源电路设计 17
3.3 信号采集传感器电路设计 17
3.4 按键电路设计 19
3.5 显示电路设计 19
3.6 报警电路设计 20
3.7 DS1302时钟电路 20
第四章 软件系统设计 22
4.1系统软件设计流程图 22
4.2 信号采集程序设计 22
4.3 LCD12864显示程序设计 24
4.4 按键程序设计： 29
4.5时钟程序设计 31
第五章 系统调试 38
5.1 硬件调试 38
5.2 软件调试 38
第六章 总结 39
致谢： 39
参考文献 40
附录 41
第一章 绪论
1.1设计背景以及意义
人类社会发展到二十一世纪，不论是科技还是文化都应归功于教育，但是随着教育的发展，孩子们的身体和视力却越来越差。青少年视力普遍近视成为国家卫生组织和教育组织关心的问题。根据调查数据显示，我国小学生近视率为百分之二十七，初中生为百分之五十四，高中生更是高达百分之七十三，大学近视率达百分之七十八。这些数据都显示中国青少年近视问题已经成为中华民族普遍的健康问题，思考一下，未来半个世纪之后中国近七成的人带着眼镜，这将会成为一件多么可怕的事情，并且很多特种行业是不允许近视的，这就对于一些本适合某一行业的人才因为近视的原因而流失。
问题已经出现，人们也在寻找原因，经过调查发现，近视人员不仅仅是低龄化，更偏向城市化。而现在大部分学校中是存在做眼保健操的，为什么还是出现如此多的视力损害？分析大量数据发现，近视儿童大多是父母工作较忙，并且儿童在学习的时候坐姿不对，每天一两次的眼保健操是不能解决问题的。青少年的主要事情是读书，长时间的读写，包括使用电脑等而导致近视、驼背、脊柱侧弯、颈椎病等等，如今社会生活节奏快，极少有父母有时间去陪伴监督孩子看书写作业，孩子没有了约束就会不自觉的趴在了桌子上看书，而这些情况一旦出现就会成为一个习惯，极难更正。
为了使用非医学的方式解决以上问题，并且帮助孩子养成良好的坐姿习惯，设计一种基于单片机的视力保护器，本设计并不是强制的矫正，而是使用提醒的方式，利用传感器技术，检测孩子坐姿以及环境条件是否适合学习等来帮助孩子养成良好的习惯。
1.2 国内外发展情况
如今国内外已经存在很多有关的视力保护的装置，很多电子开发公司也在不断的开发这一类产品，国内的有旭之龙科技有限公司的坐视宝，华恒电子有限公司的MS-3023坐姿矫正器等等，主要的研究方向就是依据医学研究人体构造，坐姿情况，结合电子以及其他设备强行纠正写字读书的不良坐姿。但是总体看来，国内的视力保护器的生产功能较为单一，仅仅考虑到孩子的坐姿问题，与如今人们更叫智能化多功能化的需求不符，这也就造成很多产品并没有一个很好的市场。
国外视力保护的研究开钻较早，而且从预防到治疗再到保养都已经成为一个完整的行业，如美国德克萨斯大学的研究团队称鱼和蔬菜对于视力的保护具有奇效，合理的饮食搭配会极大的降低近视发生率。另一方面，国外人体医学发达，导致有关的视力矫正以及身形矫正的仪器较为先进，不仅仅矫正习惯，更会智能提示实时环境光线是否适合学习，单一坐姿已经持续的时间提醒等等，简而言之基本上国外的这类行业已经成熟，而国内还处于发展的初中期阶段。
由于现在国内外大量的市场需求，视力保护器的起步才刚刚开始，存在很大的发展空间，各个国家的很多公司均在此方面展开了研究，相信未来视力保护器一定会得到巨大的发展，为广大的中小学生的视力保护做出保障！
第二章 系统方案设计
2.1 设计的主要内容
本设计的主要内容是利用MCU以及传感器检测学习中学生的坐姿，一则帮助矫正坐姿，另一方面保护视力。下面简单叙述一下原理，利用光敏传感器测量环境中实时的光线亮度，根据按键设置亮度报警值，一旦值大于或者小于设定值，MCU控制声光报警器报警提示调整灯光亮度。另一个红外传感器主要是测量用户的坐姿，小孩子在写作业的时候经常会不自觉的爬在桌上，不利于身形以及视力的保护，因此采用测量距离桌面距离，一旦值大于或者小于设定值，MCU控制声光报警器报警，提示改变坐姿。并且在同时会有LCD液晶显示报警原因。本设计还利用时钟芯片，定下学习时间，一旦学习超过四十分钟，声光报警提醒休息。
本设计主要有，功能设计：测量眼睛距离桌面距离；测量环境光线强度；测量学习时间；显示信息等。电路设计：传感器电路、主控电路、声光报警电路、时钟电路、模数转换电路、按键电路、LCD显示电路、电源电路等。
参考文献
【1】李广弟. 单片机基础（第3版）[M]. 北京：北京航空航天大学出版, 2013
【2】陈必群. 电子产品印刷电路板设计与制作[M].大连：大连理工大学出版社, 2014
【3】周润景. 基于PROTEUS的电路及单片机系统设计[M]. 北京：航空航天大学出版社, 2006
【4】刘福元. 自动指纹识别算法研究[J]. 湖南大学电气与信息工程学院, 2007
【5】赵负图. 现代传感器集成电路[M].北京：人民邮电出版社，2000
【6】王福瑞. 单片微机测控系统设计大全 .北京：北京航空航天大学出社,1999
【7】雷晓平．单片计算机及其应用（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2005
【8】阎石．数字电子技术基础（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006
【9】周巍 黄雄华．数字逻辑电路实验·设计·仿真[M]. 电子科技出版社，2007
【10】康华光．电子技术基础（模拟部分第五版）[M].北京：高等教育出版社，2008
