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基于单片机的智能语音视力保护仪设计

发表时间：2020/1/8 来源：《科技新时代》2019年11期作者：赵旭东

[导读] 提出了智能语音视力保护仪的研究思路，通过STC89C52单片机实现控制电路，并完成硬件设计与制作。

赵旭东
        （渭南师范学院数理学院电气工程及其自动化陕西渭南 714099）
        摘要：提出了智能语音视力保护仪的研究思路，通过STC89C52单片机实现控制电路，并完成硬件设计与制作。智能语音视力保护仪的功能主要包括三个方面:超声波测距、光敏电阻测光、学习时间定时报警，研究试验充分证明了此视力保护仪简单可靠、方便实用。
        关键词：超声波测距；智能语音；视力保护；单片机
        随着科技的不断进步，电视和电脑的普及大大增加了人们使用眼睛的频率，因此越来越多的眼睛健康问题开始缠绕在我们的生活中，并且过重的生活压力也使得青少年近视群体大大增加。我国青少年近视率为不断上升,已位居世界前列，青少年的视力问题已经非常严重了。近视作为一种慢性疾病，目前并没有好方法可以医治。因此，必须从保护视力开始做起，视力保护仪可以有效的改善青少年的近视情况。目前，我国国内生产的视力保护仪功能单一，尚无法满足人们的需求，而国外更加侧重于近视原因方面的研究，而此课题研究的视力保护仪可以检测到使用者与写字台的距离、学习环境光线的强弱，并能自动检测学习时间。从多个方面全方位的预防青少年近视，并采取智能语音模块，提醒人们注意用眼健康，使得视力保护仪功能更加健全，设计更加人性化。近年来，国内外对视力保护仪的需求量越来越大，视力保护仪的功能也在不断地完善发展中，相信未来一定能研制出功能更加强大，设计更加完美的视力保护仪，为广大青少年提供有效完善的视力保护方法。
        1系统设计
        系统采用STC89C52单片机作为智能语音视力保护仪的核心控制单元,本设计利用光敏电阻采集光线信号，经A/D转换将光线强度等级化，设定不同的报警等级来确定光线较弱时报警。在单片机内部加入定时器计时，当用户的学习时间超过45分钟时，即发出语音提示用户注意用眼健康。
        系统的总体设计结构方框图如图1所示。





        图1 系统总体方框图

        2系统硬件设计
        2.1 主控制模块
        采用STC89C52单片机作为智能视力保护器的核心控制单元，其主要组成包括中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等，同时它还包含三大总线，即数据总线、地址总线和控制总线。
        2.2 光照检测模块
        采用光敏电阻检测光照强度。光敏电阻的工作原理是当有光线照射时，会激发电阻内原本处于稳定状态的电子，使其成为自由电子，所以光线照射强度越强，由于激发而产生的自由电子也就越多，相应的,电阻就会越小。光敏电阻的优点有内部的光电效应和电极无关（光电二极管才有关），即可以使用直流电源。而与灵敏度和半导体材料、以及入射光的波长有关，并且光敏电阻性价比高,使用方便。其电路组成如图所示：





        图2光照采集电路
        2.3 超声波坐姿测距模块
        采用超声波传感器检测的原理是通过测量人脸与桌面的距离来确定正确坐姿。当人脸与桌面的距离小于30CM时就系统会发出语音提醒。
        基本工作原理：采用 IO 口 TRIG 触发测距，至少 10us 的高电平信号;模块自动发送 8 个 40khz 的方波，自动检测是否有信号返回；有信号返回，通过 IO 口 ECHO 输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2。实物如下图10。其中VCC 供5V 电源，GND 为地线，TRIG 触发控制信号输入，ECHO 回响信号输出等四支线。
        2.4 语音报警模块
        系统使用的语音模块采用WT588D语音模块，该模块采用语音报警提示，可以实现语音提示用户休息，语音提示用户读写姿势是否正确，简单直接,使用方便.
        3 系统软件设计
        该系统软件的设计主要采用C语言编程，其主要过程包括：设计主程序，主程序编写好后，接着根据各模块电路的主要功能来编写子程序，然后将编写好的各模块程序糅合到主程序中。系统流程图如图3所示。









        图3主程序流程图
        4 结论
        设计了一个以ST89C52单片机为核心的智能语音视力保护仪，并在反复实践的基础上利用C语言完成了软件部分的设计，通过不断的检测修改，该设计功能上达到了预想的效果，可以完成各项功能。
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        基金项目：军民融合研究项目：双钙钛矿Cs2AgBiX6(X=Br,Cl)/ TiO2异质结第一性原理研究（18JMR41）；渭南师范学院教改项目：虚拟仿真技术在电器类课程教学中的应用研究（JG201732）