1. 研究目的与意义
目前，青少年视力低下已成为国内外共同关心的问题。
资料显示，我国小学生视力低下率为26.96%，初中生53.43%，高中生72.8%，大学生77.95%。
特别是调查显示50%以上的学生及家长缺乏视力保健最基本的科普知识，不懂得不提前预防和及时治疗近视的危害性，因而有41.6%视力低下的学生并未采取任何矫正措施，又缺专业机构的治疗。
2. 课题关键问题和重难点
本课题需要研究多功能视力保护系统如果起到保护视力的作用，可以通过控制用眼距离和环境内的光线强度来达到保护视力的目的，由此可见，需要去采集用户用眼的距离和所处环境的光线强度，分析这两个数值是否符合健康用眼的要求，如果不符合应该通过声音、灯光等信息反馈给用户，用以提示用户注意用眼卫生。
综上所处，需要解决的问题有以下几点： a.如何采集用户用眼的距离； b.如何采集用户所在环境内的光照强度； c.如何通过声音、灯光等信息反馈提示用户。
课题难点: （1）传感器辅助坐直报警电路的设计及准确性。
3. 国内外研究现状（文献综述）
通过市场调研，根据原理将视力保护器可具体分为机械平衡式视力保护器，支架式视力保护器，电子平衡式视力保护器和测距式视力保护器。
例如：1.5视力保护器，电子平衡式防瞌睡报警器，背背佳，利姿坐姿矫正器，支架式坐姿矫正器，iPosture，Visomate威士美 USB视力保护器，文具盒式坐姿矫正器，其中1.5坐姿矫正器，背背佳，支架式坐姿矫正器，电子平衡式防瞌睡报警器最为普遍。
还有一些是技术人员自制的坐姿矫正器如坐正宝，微电脑式坐姿矫正器，红外测距式坐姿矫正器等。
4. 研究方案
硬件主要以STC89C51型单片机为核心，功能电路主要包括传感器辅助坐直报警电路、光线报警电路、定时报警电路以及蜂鸣器报警电路等核心电路。利用C语言进行编程。本设计的系统总框图如图所示。
1、单片机的选择从控制系统的大小和复杂度出发，必须考虑单片机的基本参数和增强功能。前者往往需要考虑芯片的速度，ROM容量，I/O引脚数量和工作电压(1.8V/3V/5V)等，后者则包括是否拥有看门狗，双指针，双串口，实时时钟，CAN接口，SPI接口，USB接口等附加模块。本设计中受控对象只有超声波、声光报警，复杂度低，采用低端的通用的单片机芯片就能够满足要求。从容易学习掌握的角度出发，要求所选单片机支持简单易学的编程语言，并且拥有软件支持的良好编程环境。同时还应当有丰富的资料支持，包括详尽的芯片说明书，应用指南，设计方案，范例程序等。从工作可靠性的角度出发，要求所选芯片有较宽工作温度范围，较低的功耗和一定的抗干扰能力。按适用的工作温度分，常用单片机芯片可分为商用级、工业级、军品级，这里选择一般的商用机即可。在功耗和抗干扰方面，本控制系统的要求都不高，一般的单片机芯片都能满足要求。综上所述，本系统选择STC89C51单片机作为主控芯片。足够本设计运行，且价格便宜，下载程序方便。 2、测距模块在测距模块中，常用超声波测距，它的原理是利用超声波的发射与接收，根据超声波传播的时间来计算出传播距离。实用的测距方法有两种，一种是在被测距的两端，一端发射，另一端接受的直接波方式，适用于身高计；一种是发射波被物体发射回来后接收的反射波方式，适用与测距仪。本设计主要是测距要选用得体，要准确无误，通过查阅资料感觉利用超声波测距的设计较多，但是稳定性不是很好，所以决定采用光电式测距传感器，主要应用在生产加工等精密场合，稳定性极高。所以本设计选用光电式测距传感器。测距采用光电传感器，是一种集发射与接收于一体的光电传感器。检测距离可以根据要求进行调节。该传感器具有探测距离远、受可见光干扰小、价格便宜、易于装配、使用方便等特点，可以广泛应用于机器人避障、流水线计件等众多场合。光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。本设计采用光电式测距传感器会一直测量用户与书桌之间的距离，若用户与书桌的距离小于设定值时，视力保护器则会对用户进行提醒，用户则需增加头部与书桌之间的距离，从而保护用户的视力。 3、编程语言的选择对于指令系统兼容MCS51系列的单片机，其较为常用的编程语言有C和汇编语言。 C语言是一种结构化编程语言，可产生压缩代码。C语言在硬件结构上仅要求对单片机存储器等硬件结构有初步了解，寄存器分配，不同存储器寻址及数据类型等细节可由编译器管理。C语言程序本身并不依赖于机器硬件系统，基本上不做修改就可以在不同种类的单片机之间相互移植。程序可划分为不同函数，结构规范，可读性强。C语言提供的库包含许多标准子程序，具有很强的数据处理能力。C语言作为一种方便、容易掌握的语言得到了广泛的应用，是目前单片机编程中应用最多的语言之一。汇编语言同样在单片机编程中得到了广泛的应用，其具有简单实用，控制灵活，实时性强，程序效率高等特点。汇编语言有着极强的硬件控制能力，用其它的高级语言所无法控制的软硬件细节，在汇编语言中都可以实现，但是编程复杂。综合考虑，软件的设计语言选择C语言。 4、光敏模块本设计中当读写环境光线照度不足时，电路将发出声光提示这一功能需要用到光敏电阻器。此次计中使用的是可见光光敏电阻器。光敏电阻器利用半导体的光电导效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变电阻器，又称为光电导探测器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。还有另一种入射光弱，电阻减小，入射光强，电阻增大。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。当光线不适当是视力保护器会对用户发出提醒。 5、报警模块蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。 ；蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。蜂鸣器在电路中用字母―H‖或―HA‖（旧标准用―FM‖、―LB‖、―JD‖等）表示。1．压电式蜂鸣器 压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后（1.5~15V直流工作电压）,多谐振荡器起振,输出1.5~2.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。电磁式蜂鸣器 电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。 接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互缠绕蜂鸣器驱动电路一般都包含以下几个部分：一个三极管、一个蜂鸣器、一个限流电阻。蜂鸣器为发声元件，在其两端施加直流电压（有源蜂鸣器）或者方波（无源蜂鸣器）就可以发声，其主要参数是外形尺寸、发声方向、工作电压、工作频率、工作电流、驱动方式（直流/方波）等。这些都可以根据需要来选择。本设计采用有源蜂鸣器，当出现以下情况时：1.当使用者头部与书桌之间的距离过近时（小于40cm），电路将发出声光提示；2.当读写环境光线照度不足时，电路将发出声光提示；3.当使用时间达到50分钟时，电路自动发出声光提示，提醒使用者注意休息；蜂鸣器会发出语音提醒用户，用户可以根据语音来做出相应措施。 6、显示模块 数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个8可分为1位、2位、4位等等数码管：按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管，共阳数码管在应用时应将公共极COM接到 5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管，共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。由于它的价格便宜使用简单在电器特别是家电领域应用极为广泛。本设计采用共阴极数码管来显示时间。
5. 工作计划
第 1 周 接受任务书，领会课题含义，按要求查找相关资料；第 2 周 阅读相关资料，理解有关内容；第 3 周 翻译相关英文资料，提出拟完成本课题的方案，写出相关开题报告一份；第 4 周 熟悉传感器的工作原理。
第 5 周 确定方案选合适的传感器；第 6 周 查阅传感器的数据手册资料，设计控制电路；第 7 周 绘制硬件原理图；第 8 周 设计软件流程图，用C语言编写代码；第 9 周 完成硬件焊接任务，完成总体的调试；第10周 撰写论文；第11周 修改论文，完成毕设所需要完成的文档内容；第12周 提交论文，接收验收成果，接受答辩资格审查；第13周 评阅教师评阅论文；第14周 准备参加答辩。
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