基于STC89C52單片機的多功能視力保護器設(shè)計開題報告摘要本文基于STC89C52單片機設(shè)計了一款多功能視覺保護工具。這個視力保護器是根據(jù)光照檢測模塊、距離檢測模塊、活體檢測模塊、計時模塊、顯示模塊和按鍵電路組成。其中，光照檢測模塊由光敏電阻和AD0804芯片構(gòu)成，負責檢測環(huán)境光照的強弱；距離檢測模塊由HC-SR04芯片構(gòu)成，負責利用超聲波檢測用戶用眼距離是否合適；活體檢測模塊由HC-SR501芯片構(gòu)成，負責感應(yīng)用戶是否在設(shè)備面前學習；計時模塊由單片機內(nèi)部定時器構(gòu)成，負責設(shè)定和檢測用戶的學習時間；顯示模塊由LCD12864構(gòu)成，負責給用戶提示信息。通過各模塊的協(xié)同工作，該款視力保護器可以實現(xiàn)用眼距離檢測、環(huán)境光照強度檢測、人體感應(yīng)以及學習時間設(shè)定等功能，并且可以通過顯示告警模塊對用戶的不當用眼行為進行告警和顯示。相比起傳統(tǒng)的視力保護器，本文設(shè)計的視力保護器增加了活體檢測功能和學習時間設(shè)定功能，不僅提高了設(shè)備檢測的有效性，而且可以提供更好的用戶體驗。關(guān)鍵詞：視力保護器；單片機；超聲波測距；光強度檢測；顯示告警目錄TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 1第一章選題目的與意義 3一、選題目的 3二、選題意義 3第二章課題背景 4一、研究背景 4二、國內(nèi)外研究進展 4第三章研究內(nèi)容 5一、研究方向 5二、研究內(nèi)容與對象 5第四章研究方法與技術(shù)路徑 6一、研究方法 6二、擬采用的技術(shù)路徑 6第五章研究進度與計劃 7一、研究計劃 7二、研究進度安排 7參考文獻 8第一章選題目的與意義一、選題目的近年來，隨著便攜式數(shù)字設(shè)備的普及，人們普遍存在著過度用眼的問題。在青少年中，由于課業(yè)負擔的加重和長期的不良用眼習慣，近視發(fā)病率逐漸提升。由2018年國家衛(wèi)健委的數(shù)據(jù)可以看出，全國兒童和青少年有53.6%的總體近視率，這已經(jīng)成為中國視力受損的主要原因。在新冠肺炎疫情防疫期間，由于在線教育的廣泛開展，相比起2019年年底，在過去的半年里，學生上升了11.7%的近視率，其中小學生上升了15.2%的近視率，初中生上升了8.2%的近視率，高中生上升了3.8%的近視率。根據(jù)《2020年中國青少年近視防控大數(shù)據(jù)報告》(以下簡稱《報告》)，目前，影響青少年近視率的主要因素有用眼時長、全天用眼平均距離、室內(nèi)光照強度和閱讀環(huán)境的光照值。因此，開發(fā)一款用于輔助青少年糾正不良用眼習慣的視力保護器就顯得尤為必要。二、選題意義設(shè)計一款功能實用、使用便捷的視力保護器雖然不能直接提升當下青少年視力水平，但可以在一定程度上規(guī)范和改善青少年的用眼習慣，間接降低近視的發(fā)生率。由上述《報告》可知，影響當今青少年近視率的主要因素有用眼時長、全天用眼平均距離、室內(nèi)光照強度和閱讀環(huán)境光照值。因此，本課題將考慮這些因素，設(shè)計一款能在青少年學習時對用眼狀況進行及時監(jiān)測、提醒和督促調(diào)整的視力保護器；同時針對現(xiàn)有功能類似的視力保護器的一些功能不足進行改進，利用現(xiàn)代化的設(shè)計手段和設(shè)計思想使視力保護器這個小系統(tǒng)具備一定的可擴展性，從而提供一種實用且方便的視力保護器解決方案。第二章課題背景一、研究背景由于學習壓力以及視屏終端逐漸進入我們的日常生活中，造成視力下降出現(xiàn)低齡化趨勢。目前，青少年視力低下己成為了國內(nèi)外共同關(guān)注問題。資料顯示，我國小學生視力低下率為26.96%，初中生為53.43%，高中生為72.8%，大學生為77.95%其中大多數(shù)學生和家長缺乏視力保護基本知識。根據(jù)國家有關(guān)規(guī)定:學生在讀書寫字時，環(huán)境的亮度要適當，眼離書本要保持一尺遠的距離，身離書桌要保持一拳遠的距離。但實際中，這些往往都被忽視。因此，有必要設(shè)計一款多功能視力保護器進行防范。從而糾正人們讀寫時的不良姿勢與習慣。避免給人們的身心帶來傷害。尤其對學生群體而言綜上所述，該系統(tǒng)將實現(xiàn)以下功能:當學生頭部與桌面的距離小于規(guī)定距離時，電路將發(fā)出警報，學生要及時糾正坐姿。當前讀寫環(huán)境光線亮度不足時，電路將發(fā)出警報，提示學生要改變當前光線強度。當使用時間達到規(guī)定時間時，電路將發(fā)出警報，提醒學生注意體息并且該電路測光報警的靈敏度可調(diào)。二、國內(nèi)外研究進展目前國內(nèi)對視力保護器的相關(guān)設(shè)計與研究已經(jīng)較為成熟，資料豐富且設(shè)計方案不斷向著多樣化、實用化和便捷化靠攏。在較早期的時候，受限于硬件和軟件條件，設(shè)計者大多采用數(shù)字與模擬電路混合設(shè)計的方案[2]。其電路較為復(fù)雜，不易于擴展且調(diào)試不直觀。但盡管如此，其設(shè)計方案基本奠定了之后視力保護器系統(tǒng)設(shè)計的雛形，并為后續(xù)的改進打好了基礎(chǔ)。隨著單片機開發(fā)被越來越多的應(yīng)用于電子電路設(shè)計中，基于單片機控制的視力保護器系統(tǒng)也逐漸成為主流。由于單片機可以使用軟件編程，因此改進后的視力保護器系統(tǒng)在可擴展性、可維護性和模塊化設(shè)計上都得到了很大的提升。張波和王朋亮首先實現(xiàn)了一種基于STC89C51芯片的高可靠性、高精度、動態(tài)顯示、價格相對低廉的超聲波測量系統(tǒng)，并討論了基于單片機的超聲波測量的實現(xiàn)原理、電路圖和兩種誤差校正方法。郭榮、廖娜和郭麗還實現(xiàn)了一個基于51單片機的超聲波測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單，忽略了溫度的影響，但通過實際測量可以獲得最大的距離范圍和測量誤差，證明在大多數(shù)情況下仍然具有實用性。后來集成電路的發(fā)展不斷提高了相關(guān)芯片的集成度，并有效地保證了其準確性。在李驍?shù)热嗽O(shè)計的視覺保護器系統(tǒng)中，引入了HR-SC04模塊用于超聲波測距。這大大對測距模塊電路的設(shè)計進行了簡化，但并沒有進一步優(yōu)化光強誤差和距離誤差。陳煒在其設(shè)計方案中，則結(jié)合了NE555芯片和差分式電路，不僅提高了超聲波發(fā)送和接收的靈敏度以及驅(qū)動電流，而且使振蕩頻率受電源電壓和溫度變化的影響更小。此外，他利用LM324運放解決了距離較遠時超聲波回聲信號薄弱的問題，有效的提高了測距距離。后人在超聲波測距模塊的設(shè)計中基本沿用了HC-SR04集成芯片的方案，何冰等人在其電路中增加了復(fù)位電路，并對蜂鳴器報警電路進行了改進[7]。許超等人在其方案中對時鐘模塊進行了改進，相比起前人的晶振電路方案，他們引入了集成化程度更高的DS12C887芯片，芯片不僅配備了晶體振蕩器，而且自帶內(nèi)部電源，無外部供電時也可以工作10年，且對時間的設(shè)定更為方便。之前的所有方案中，都采用超聲波測距的方式對使用者學習時的姿態(tài)進行監(jiān)控和約束，但是其存在較大的局限性，首先，這并不妨礙學生側(cè)身躺在課桌上學習。其次，其對使用者坐姿要求過于苛刻，不具備一定的靈活性。季開來等人在其分離式可佩戴視力保護器設(shè)計中，利用藍牙傳輸技術(shù)和相關(guān)芯片實現(xiàn)了耳掛式的視力保護器，并用SYN6288芯片實現(xiàn)了語音報警功能，該方案在一定程度上可以減輕前文所述的問題，并提高了產(chǎn)品的可移動性。梁東麗等人結(jié)合了前人的設(shè)計思路，并使用YS-M3芯片提供語音播報告警功能，進一步提高了產(chǎn)品的可交互性。此外，趙暉提出使用加入水銀滾珠的相關(guān)集成模塊用于判斷使用者坐姿是否端正。馬世中等人通過引入轉(zhuǎn)向機制來驅(qū)動超聲波模塊轉(zhuǎn)動一個適當?shù)慕嵌?，減少了由被測目標位置變化引起的測量偏差。第三章研究內(nèi)容一、研究方向本文基于STC89C52單片機設(shè)計了一款多功能視覺保護工具。這個視力保護器是根據(jù)光照檢測模塊、距離檢測模塊、活體檢測模塊、計時模塊、顯示模塊和按鍵電路組成。其中，光照檢測模塊由光敏電阻和AD0804芯片構(gòu)成，負責檢測環(huán)境光照的強弱；距離檢測模塊由HC-SR04芯片構(gòu)成，負責利用超聲波檢測用戶用眼距離是否合適；活體檢測模塊由HC-SR501芯片構(gòu)成，負責感應(yīng)用戶是否在設(shè)備面前學習；計時模塊由單片機內(nèi)部定時器構(gòu)成，負責設(shè)定和檢測用戶的學習時間；顯示模塊由LCD12864構(gòu)成，負責給用戶提示信息。通過各模塊的協(xié)同工作，該款視力保護器可以實現(xiàn)用眼距離檢測、環(huán)境光照強度檢測、人體感應(yīng)以及學習時間設(shè)定等功能，并且可以通過顯示告警模塊對用戶的不當用眼行為進行告警和顯示二、研究內(nèi)容與對象本文研究了多功能視力保護器的設(shè)計問題，基于單片機設(shè)計實現(xiàn)了視力保護器的光強檢測、距離檢測、活體檢測、學習時間設(shè)置以及檢測這些功能。本篇文章由四個章節(jié)組成，其主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)如下。第一章，緒論，主要介紹了本課題的研究背景、研究目的和主要內(nèi)容，并簡要總結(jié)和分析了國內(nèi)同類課題的研究狀況。第二章，系統(tǒng)仿真電路設(shè)計，主要介紹整個系統(tǒng)的總體框圖以及對仿真電路元器件方案的分析與選擇。第三章，系統(tǒng)軟件設(shè)計，基本上介紹了所使用的開發(fā)軟件、系統(tǒng)程序的總體框圖和每個子模塊的程序框圖，并介紹了一些基本算法的原理。第四章，電路仿真以及調(diào)試，主要對所設(shè)計的電路系統(tǒng)在Proteus中進行仿真和調(diào)試，從而驗證該視力保護器的功能是否能正常運行。第四章研究方法與技術(shù)路徑一、研究方法文獻研究法：通過收集與課題相關(guān)的文獻資料，對單片機工作原理進行熟悉，然后建立起多功能視力保護器的框架，基于此，完成硬件設(shè)備選型，最后完成設(shè)計。軟件仿真法：在研究功能視力保護器的功能過程中，筆者通過軟件進行調(diào)試，從中查看系統(tǒng)功能是否完善，基于此不斷對系統(tǒng)進行改進，最終達到功能視力保護器設(shè)計的目的。二、擬采用的技術(shù)路徑本課題所設(shè)計的視力保護器具有感光、測距、活體檢測和定時四項功能。在電路設(shè)計上有：主控制器模塊、光照檢測模塊、距離檢測模塊、活體檢測模塊、計時模塊和顯示模塊。在實際工作時，由光照檢測模塊、距離檢測模塊、活體檢測模塊與計時模塊向主控單片機提供輸入，單片機對輸入值進行處理和判定，最終將結(jié)果輸出到顯示模塊。第五章研究進度與計劃一、研究計劃本文研究了多功能視力保護器的設(shè)計問題，基于單片機設(shè)計實現(xiàn)了視力保護器的光強檢測、距離檢測、活體檢測、學習時間設(shè)置以及檢測這些功能。本篇文章由四個章節(jié)組成，其主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)如下。第一章，緒論，主要介紹了本課題的研究背景、研究目的和主要內(nèi)容，并簡要總結(jié)和分析了國內(nèi)同類課題的研究狀況。第二章，系統(tǒng)仿真電路設(shè)計，主要介紹整個系統(tǒng)的總體框圖以及對仿真電路元器件方案的分析與選擇。第三章，系統(tǒng)軟件設(shè)計，基本上介紹了所使用的開發(fā)軟件、系統(tǒng)程序的總體框圖和每個子模塊的程序框圖，并介紹了一些基本算法的原理。第四章，電路仿真以及調(diào)試，主要對所設(shè)計的電路系統(tǒng)在Proteus中進行仿真和調(diào)試，從而驗證該視力保護器的功能是否能正常運行。二、研究進度安排1選題2022年12月15日-2023年1月10日2撰寫論文開題報告并提交2023年1月11日-2023年1月25日3準備資料、撰寫修改并提交論文初稿2023年1月26日-2023年2月20日4準備資料、撰寫修改并提交論文二稿2023年2月21日-2023年3月20日5論文定稿、打印裝訂并提交論文終稿2023年3月20日-2023年4月21日6論文答辯2023年4月22日-2023年5月10日參考文獻QiSY，LiJW，JiaLD，etal.PrevalenceofmyopiainschoolchildreningreaterBeijing:theBeijingChildhoodEyeStudy[J].ActaOphthalmologica，2014，92(5):3-4.袁小翔.視力保護器[J].家庭電子，1998，12:15-15.張波，王朋亮.基于STC89C51單片機超聲波測距系統(tǒng)的設(shè)計[J].機床與液壓，2010，38(18):56-58.郭蓉，廖娜，郭麗.基于STC89C51單片機的超聲波測距系統(tǒ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