1、濟(jì)南大學(xué)泉城學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)題 目 基于單片機(jī)的視力保護(hù)器設(shè)計(jì) 學(xué) 院 工學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí) 1302班 學(xué) 生 張?jiān)?學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 張興達(dá) 魏志軒 二一七年五月十六日摘 要最近幾年來(lái)，青少年近視出現(xiàn)低齡化趨向。青少年視力下降主要受以下幾個(gè)因素的影響：眼睛距書(shū)本過(guò)近、長(zhǎng)時(shí)間用眼、過(guò)度使用視屏終端、學(xué)習(xí)時(shí)光線太強(qiáng)或太弱等。其中光線強(qiáng)弱不適和長(zhǎng)時(shí)間用眼又是造成青少年視力損傷的重中之重。本文以STC89C52單片機(jī)為中心，圍繞其進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序設(shè)計(jì)。硬件電路有：報(bào)警提示電路、超聲波測(cè)距電路、光線檢測(cè)電路、定時(shí)電路和顯示電路。軟件程序的編寫(xiě)以C語(yǔ)言為主以及利用單片

2、機(jī)內(nèi)部自帶的定時(shí)器實(shí)現(xiàn)具體的功能。本文給出了系統(tǒng)主要的硬件電路、軟件程序流程圖、程序設(shè)計(jì)及部分子程序的流程圖、程序設(shè)計(jì)，并制作了仿真實(shí)物，能夠達(dá)到預(yù)期效果。本文提出了尚需解決的問(wèn)題，并給出了解決方法，介紹了視力保護(hù)器的應(yīng)用和市場(chǎng)前景，為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)應(yīng)用提供了技術(shù)支持。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；傳感器；視力保護(hù)ABSTRACTIn recent years, juvenile myopia younger age trend. Juvenile visual decline mainly by the following factors: the eyes from the book too close,

3、long time with the eye, excessive use of the screen terminal, with the eyes when the light is too strong or too weak. Which light intensity and discomfort and long time with the eye is caused by the importance of adolescents with visual impairment.In this paper, STC89C52 microcontroller as the cente

4、r, around its hardware circuit design and software program design. Hardware circuits are: sound and light alarm circuit, ultrasonic distance measurement circuit, light induction circuit, timing circuit and display circuit. The preparation of software programs to C Programming Language and the use of

5、 single-chip internal built-in timer to achieve specific functions. This paper gives the main hardware circuit, software program flow chart, program design and some subroutine flow chart, program design, and produced a simulation of the kind, to achieve the desired results. In this paper, the proble

6、ms that need to be solved are put forward, and the solutions are given. The application and market prospect of vision protection are introduced, which provides technical support for further development and application.Key words：microcontroller technology；sensor；protection of eyesights目 錄摘 要IABSTRACT

7、II1 前言11.1 選題背景與意義11.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.2.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀11.2.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀21.3 設(shè)計(jì)要求22 系統(tǒng)方案選擇32.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)32.2 系統(tǒng)硬件方案設(shè)計(jì)32.3 系統(tǒng)軟件方案設(shè)計(jì)53 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)73.1 主控制模塊73.1.1 晶振電路73.1.2 復(fù)位電路83.2 超聲波檢測(cè)電路93.2.1 超聲波發(fā)射電路93.2.2 超聲波接收電路103.3 光線檢測(cè)電路103.4 顯示電路113.5 聲光報(bào)警提示電路123.6 按鍵電路133.7 定時(shí)電路134 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)154.1 Keil Vision4軟件平臺(tái)154.2 主程序設(shè)計(jì)154.3 子程序

8、設(shè)計(jì)164.3.1 光照檢測(cè)子程序164.3.2 超聲波測(cè)距子程序174.3.3 定時(shí)子程序184.3.4 中斷子程序205 系統(tǒng)仿真與調(diào)試235.1 系統(tǒng)仿真235.2 PCB設(shè)計(jì)235.3 系統(tǒng)電路實(shí)現(xiàn)255.4 系統(tǒng)調(diào)試256 結(jié) 論29參 考 文 獻(xiàn)30致 謝31附錄A 電氣原理圖32附錄B 電路PCB圖33附錄C 實(shí)物圖34附錄D 元件清單35附錄E 系統(tǒng)源程序361 前言1.1 選題背景與意義當(dāng)今社會(huì)，青少年近視呈現(xiàn)“低齡化”趨勢(shì)，這種趨向和平時(shí)的學(xué)習(xí)環(huán)境、沉重的作業(yè)任務(wù)以及學(xué)生自律性差，家長(zhǎng)監(jiān)督不及時(shí)等方面有很大的關(guān)系。青少年近視眼數(shù)量劇增受以下兩個(gè)方面的影響：一是近視具有遺傳性

9、，比如父母雙方都是高度近視，那么他們的孩子發(fā)生近視的幾率就會(huì)比一般的青少年高許多；另一方面主要是長(zhǎng)時(shí)間使用手機(jī)和平板電腦等電子產(chǎn)品，用眼時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、用眼姿勢(shì)不正確等不良的用眼習(xí)慣導(dǎo)致的視力問(wèn)題?！昂亲o(hù)眼睛，從小做起”，2016年6月6日是我國(guó)第21個(gè)愛(ài)眼日，也是愛(ài)眼日第五次圍繞“青少年近視防控”這一主題展開(kāi)。據(jù)資料顯示，我國(guó)的近視眼發(fā)病率位居世界第一，人數(shù)已經(jīng)高達(dá)4億余人，成為世界第一“近視眼大國(guó)”。青少年更是近視患病率的高發(fā)人群，根據(jù)國(guó)家衛(wèi)計(jì)委發(fā)布的調(diào)查數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，剛?cè)雽W(xué)的67歲兒童的近視患病率已經(jīng)接近10%，三、四年級(jí)10歲左右兒童近視患病率超過(guò)50%，高達(dá)90%的大學(xué)生是近視，值得注意的是，

10、610歲發(fā)生近視的青少年，18歲成年前發(fā)展成為高度近視眼（高于600度）的風(fēng)險(xiǎn)大大增加，我國(guó)2030歲年輕人中有20%患有高度近視，且近視人群呈逐年遞增的趨勢(shì)，預(yù)計(jì)到2020年我國(guó)全國(guó)人口近視發(fā)病率將達(dá)到50%，其中高度近視人群將達(dá)到7000萬(wàn)人，我國(guó)近視眼的預(yù)防工作已經(jīng)迫在眉睫1。眾所周知近視眼有很大的危害，是一種花再多錢都不能徹底根治的病，無(wú)時(shí)無(wú)刻不再影響著人們的生活和學(xué)習(xí)。目前市面上最常見(jiàn)的近視糾正方法是全飛秒近視眼激光手術(shù)，雖然能夠做到微創(chuàng)、術(shù)后恢復(fù)快、效果穩(wěn)定，但手術(shù)就存在一定的風(fēng)險(xiǎn)性，如果術(shù)后不能長(zhǎng)期注意用眼衛(wèi)生和用眼習(xí)慣，近視復(fù)發(fā)以后有致盲的危險(xiǎn)2。中小學(xué)生由于學(xué)習(xí)任務(wù)重，自律性

11、差，老師和家長(zhǎng)不能時(shí)常在旁邊做到監(jiān)督，是近視發(fā)病率的高發(fā)人群。由于科學(xué)進(jìn)步和人民生活水平的挺高越來(lái)越多的視屏終端進(jìn)入人們的日常生活，在方便人們生活的同時(shí)，也使近視眼的發(fā)病率越來(lái)越高，日復(fù)一日進(jìn)入惡性循環(huán)，使過(guò)多的青少年過(guò)早的戴上眼鏡。中小學(xué)生正處于發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期，如果因?yàn)閷W(xué)習(xí)坐姿影響骨骼的發(fā)育造成脊柱彎曲變形、含胸駝背等，不僅影響形象，也對(duì)以后的升學(xué)和就業(yè)產(chǎn)生不良的影響，錯(cuò)失很多機(jī)會(huì)。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀根據(jù)市場(chǎng)的調(diào)查研究，現(xiàn)在有很多公司開(kāi)始設(shè)計(jì)生產(chǎn)自己的視力保護(hù)器。市場(chǎng)上最常見(jiàn)的視力保護(hù)器分為機(jī)械式和電子式，如：在網(wǎng)上熱賣的“貓?zhí)印狈澜曌顺C正器就是采用機(jī)械式，

12、產(chǎn)品夾在桌面上，下巴托抵住下巴防止低頭看書(shū)寫(xiě)字，抵胸托防止身體靠在桌子上。但此產(chǎn)品有一定的安全隱患，長(zhǎng)期使用有可能造成青少年的頸椎和胸部造成傷害，嚴(yán)重的可能造成眼睛散光。還有一些技術(shù)人員自制一些坐姿矯正器如：紅外測(cè)距式坐姿矯正器，這些技術(shù)人員制作的電子產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)功能有一定的局限性，只能進(jìn)行坐姿的矯正而不能從源頭上真正的保護(hù)視力。研究表明，市場(chǎng)上現(xiàn)有的視力保護(hù)器大多功能單一，外觀單調(diào)，不能多方面、多功能的保護(hù)青少年的視力，不能滿足現(xiàn)代人們對(duì)簡(jiǎn)約與自我需要的要求。1.2.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀國(guó)外的視力保護(hù)器主要以電子式為主，根據(jù)原理可以分為電子平衡式視力保護(hù)器（例如：電子平衡式瞌睡報(bào)警器）和測(cè)距式視力保

13、護(hù)器（例如：VISOMATE威士美）。進(jìn)一步調(diào)查發(fā)現(xiàn)，國(guó)外市場(chǎng)上真正的多功能視力保護(hù)器其實(shí)并沒(méi)有很多，大多數(shù)產(chǎn)品都只是側(cè)重某一個(gè)方面來(lái)進(jìn)行視力保護(hù)，功能單一并不能從多個(gè)方面去保護(hù)視力，有些產(chǎn)品甚至對(duì)使用的環(huán)境和人群也存在著局限性。美國(guó)偉倫公司生產(chǎn)的視力保護(hù)器，能夠自動(dòng)檢測(cè)出屈光度問(wèn)題，包括近視、遠(yuǎn)視、散光等問(wèn)題。綜上所述：為了避免因坐姿錯(cuò)誤而引起的脊柱扭曲、駝背、近視、頸椎病等問(wèn)題，有必要設(shè)計(jì)一款多功能視力保護(hù)器，從而糾正人們尤其是青少年的坐姿、用眼習(xí)慣和學(xué)習(xí)習(xí)慣。1.3 設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為主控制器，輔以光線檢測(cè)模塊、距離檢測(cè)模塊、報(bào)警提示模塊、定時(shí)模塊、顯示模塊。光線檢測(cè)模塊由光敏電阻

14、和ADC0832來(lái)實(shí)現(xiàn)，距離檢測(cè)模塊采用HC-SR04超聲波傳感器和報(bào)警提示電路，定時(shí)模塊利用單片機(jī)自帶的定時(shí)器進(jìn)行學(xué)習(xí)定時(shí)，顯示模塊使用LCD1602液晶顯示屏，顯示學(xué)生頭部與桌面的距離、連續(xù)學(xué)習(xí)的時(shí)間、光線強(qiáng)度等信息，報(bào)警提示模塊通過(guò)蜂鳴器和LED燈來(lái)提醒學(xué)生用眼習(xí)慣是否符合國(guó)家衛(wèi)計(jì)委的規(guī)定。本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)功能：（1）檢測(cè)距離，當(dāng)頭部到桌面的距離小于30CM時(shí)，產(chǎn)品發(fā)出報(bào)警，提示青少年糾正坐姿，注意保護(hù)視力；（2）檢測(cè)光線強(qiáng)度，當(dāng)使用環(huán)境過(guò)暗或過(guò)亮?xí)r，產(chǎn)品發(fā)出報(bào)警，提示青少年改變環(huán)境光線亮度，注意保護(hù)視力；（3）定時(shí)模塊，當(dāng)連續(xù)使用45分鐘時(shí)，產(chǎn)品發(fā)出報(bào)警，提示青少年注意休息，適當(dāng)

15、的走走，眺望遠(yuǎn)處，注意保護(hù)視力。2 系統(tǒng)方案選擇2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)的視力保護(hù)器要從多方面保護(hù)視力，以解決現(xiàn)有視力保護(hù)器功能過(guò)于單一的問(wèn)題，本系統(tǒng)以STC89C52為主要控制單元，具有三個(gè)功能：檢測(cè)光線強(qiáng)度、檢測(cè)頭部與書(shū)本的距離、學(xué)習(xí)時(shí)間計(jì)時(shí)，任意數(shù)據(jù)不符合設(shè)定值時(shí)，報(bào)警電路提示青少年注意用眼習(xí)慣。系統(tǒng)主要的硬件電路有超聲波檢測(cè)電路、光線檢測(cè)電路、報(bào)警提示電路、顯示電路、按鍵電路等。系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖如圖2.1所示。STC89C52主控模塊光線強(qiáng)度檢測(cè)模塊報(bào)警提示模塊顯示模塊電源模塊按鍵模塊距離檢測(cè)模塊圖2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖2.2 系統(tǒng)硬件方案設(shè)計(jì)（1）電源穩(wěn)壓電路電源為系統(tǒng)供電，

16、考慮了以下2個(gè)方案。方案1：采用12V的蓄電池為系統(tǒng)供電，蓄電池有很強(qiáng)的電流驅(qū)動(dòng)能力和較為穩(wěn)定的電壓輸出能力，能夠反復(fù)充放電3。但蓄電池體積過(guò)于龐大，不易攜帶，價(jià)格也較貴，因此放棄了這種方案。方案2：采用5V電源為系統(tǒng)供電，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)測(cè)得5V電壓能夠使單片機(jī)、AD轉(zhuǎn)換模塊、傳感器穩(wěn)定運(yùn)行。本設(shè)計(jì)通過(guò)USB電源輸出接口為系統(tǒng)供電，為了環(huán)保目的放棄使用3節(jié)5號(hào)1.5V干電池為系統(tǒng)供電。綜上所述，選擇方案2。（2）主控制器模塊主控制器是本系統(tǒng)的“大腦”，有以下2個(gè)方案可供選擇。方案1：采用FPGA（Field-Programmable Gate Array）現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列。FPGA可以一次同時(shí)執(zhí)行多

17、個(gè)指令運(yùn)算，用編程語(yǔ)言來(lái)描述硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)具體的功能。它是由大量的觸發(fā)器構(gòu)成的，同時(shí)具有豐富的I/O口，設(shè)計(jì)周期短、風(fēng)險(xiǎn)低、功耗低。但FPGA的要求有較高的編程能力，對(duì)電源的要求比較高，價(jià)格也不便宜。從性價(jià)比的角度考慮放棄了此方案。方案2：采用STC89C52單片機(jī)作為主控制單元。1系列單片機(jī)具有有8K字節(jié)程序存儲(chǔ)空間（FLASH），512字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間（RAM），4個(gè)8位I/O口，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷4。充分分析視力保護(hù)器主要實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警提醒，檢測(cè)來(lái)自光敏電阻的光強(qiáng)度信號(hào)，分析超聲波傳感器傳來(lái)的信號(hào)，STC89C52完全能夠滿足本設(shè)計(jì)所需的各種要求。單片機(jī)控制方便、快捷，

18、編程簡(jiǎn)單，更為重要的是STC89C52價(jià)格大約5元左右。因此，通過(guò)上述兩個(gè)方案的比較，我們選擇方案2。（3）光線敏感度模塊方案1：采用光感度傳感器VEML6070，是手持設(shè)備、可穿戴設(shè)備以及健康監(jiān)控與健身設(shè)備的理想之選。它具有體積小，靈敏度高，有很強(qiáng)的檢測(cè)能力，線性度高。但因?yàn)槠潇`敏度高，所以價(jià)格也高且不宜購(gòu)買。從實(shí)際應(yīng)用與性價(jià)比方面考慮，放棄此方案。方案2：采用光敏電阻來(lái)檢測(cè)環(huán)境中光線的變化。光敏電阻又稱為光導(dǎo)管，它是沒(méi)有極性的，純電阻器件，既可以加直流電壓，又可以加交流電壓。受到光線照射時(shí)，光敏電阻的阻值減小，流過(guò)電路的電流變大；反之，其阻值增大，電流減小。光敏電阻價(jià)格低廉，易于焊接，性價(jià)

19、比高。通過(guò)以上兩個(gè)方案的比較，雖然方案1有很好的檢測(cè)能力和高靈敏度，但因其不宜購(gòu)買，價(jià)格過(guò)高，所以放棄此方案。方案2光敏電阻能夠很好的滿足系統(tǒng)的要求，所以選擇方案2。（4）報(bào)警提示模塊報(bào)警提示模塊用來(lái)提示學(xué)生進(jìn)行坐姿矯正，有以下兩種方案。方案1：采用語(yǔ)音提示報(bào)警，用語(yǔ)音提示學(xué)生注意坐姿是否正確，光線是否合適，注意休息，符合人機(jī)交互習(xí)慣。雖然語(yǔ)音提示報(bào)警有很多優(yōu)點(diǎn)，但是語(yǔ)音芯片編程序需要專業(yè)的編程器且編程復(fù)雜，價(jià)格昂貴。方案2：采用蜂鳴器和LED組成報(bào)警提示電路，蜂鳴器和LED體積小，安裝方便，使用簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，適用于視力保護(hù)器的普及，能夠滿足系統(tǒng)的要求。綜上所述，選擇方案2，采用蜂鳴器和LE

20、D組成報(bào)警提示模塊。（5）距離檢測(cè)模塊距離檢測(cè)模塊用來(lái)檢測(cè)坐姿是否正確，有以下兩種方案可供選擇。方案1：用紅外線傳感器作為距離檢測(cè)模塊，當(dāng)學(xué)生的坐姿出現(xiàn)一定的改變時(shí)，它的內(nèi)部就會(huì)由高電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為低電平信號(hào)輸入給單片機(jī)。它具有高靈敏度，體積小方便安裝，具有一定的抗干擾性，但易受光源影響（如：白熾燈光不能直接照射），價(jià)格低廉，但由于其過(guò)高的靈敏度，學(xué)生的坐姿只要稍微有點(diǎn)改變，報(bào)警器也會(huì)報(bào)警，誤報(bào)警的情況太多，從使用者的角度出發(fā)，放棄此方案。方案2：使用超聲波傳感器作為距離檢測(cè)模塊，超聲波傳感器的接收端將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器定時(shí)，利用時(shí)間差來(lái)計(jì)算距離7。超聲波傳感器和熱釋電紅外

21、傳感器價(jià)格差不多，不易受光源影響，安裝使用方便，能夠滿足系統(tǒng)要求。故使用此方案。（6）顯示模塊顯示模塊用來(lái)顯示時(shí)間、距離、光強(qiáng)等信息，考慮了以下兩個(gè)方案。方案1：采用數(shù)碼管顯示，數(shù)碼管能夠快速、簡(jiǎn)單明了的顯示信息，但是顯示內(nèi)容過(guò)于單一，沒(méi)有良好的人機(jī)交互界面。方案2：采用LCD1602液晶顯示，LCD1602能夠?qū)?nèi)容清晰、快速的顯示出來(lái)且能夠顯示32個(gè)字符，在數(shù)碼設(shè)備顯示屏等方面得到廣泛使用。對(duì)于本系統(tǒng)，能夠很好的顯示出所需信息，具有良好的人機(jī)交互界面。綜上所述，選擇方案2，采用LCD1602作為顯示模塊。2.3 系統(tǒng)軟件方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)通電后，對(duì)程序進(jìn)行初始化操作，程序?qū)Π存I進(jìn)行掃描，判斷是否

22、有按鍵按下，按下開(kāi)始按鈕，系統(tǒng)開(kāi)始工作。通過(guò)LCD1602顯示學(xué)習(xí)時(shí)間、光線強(qiáng)度和距離等信息。檢測(cè)到的信號(hào)與設(shè)定值進(jìn)行比較，是否符合要求，若不符合要求進(jìn)行報(bào)警。提示使用者注意用眼衛(wèi)生。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖2.2所示。圖2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言是課內(nèi)所學(xué)的兩種編程語(yǔ)言，同時(shí)也是單片機(jī)兩種常用的編程語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言直接面向機(jī)器的語(yǔ)言，能夠直接訪問(wèn)與硬件相關(guān)的存儲(chǔ)器或I/O口，占用內(nèi)存空間少，能夠提高運(yùn)行速度，但它使用的代碼不夠通俗易懂，編程工作量大，后期調(diào)試修改也不方便。C語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言相比較在程序可讀性和移植性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)它的編程周期也相對(duì)的較短8。豐富的函數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)為程

23、序中函數(shù)的調(diào)用提供了方便，由于其代碼能夠通俗易懂且經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的學(xué)過(guò)C語(yǔ)言的知識(shí)，所以編程起來(lái)較為簡(jiǎn)單。綜上所述，本設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言為系統(tǒng)的編程語(yǔ)言。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 主控制模塊本設(shè)計(jì)采用宏晶科技公司的STC89C52單片機(jī)作為視力保護(hù)器的核心控制單元。STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。其最小系統(tǒng)電路如圖3.1所示。圖3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路3.1.1 晶振電路晶振，又名晶體振蕩器。它的作用是為單片機(jī)系統(tǒng)提供基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)，單片機(jī)內(nèi)部所有的工作都是以這個(gè)時(shí)

24、鐘信號(hào)為步調(diào)基準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行工作的。STC89C52單片機(jī)的18引腳和19引腳是晶振引腳，接了一個(gè)12MHz的晶振（它每秒振蕩次），外加兩個(gè)20pF的電容，電容的作用是幫助晶振起振，并維持振蕩信號(hào)的穩(wěn)定9。其電路原理圖如圖3.2所示。圖3.2 單片機(jī)晶振電路3.1.2 復(fù)位電路51系列的單片機(jī)的9引腳一般為RST(Reset)復(fù)位引腳，所以STC89C52的復(fù)位電路接到了9引腳。STC89C52芯片的復(fù)位功能實(shí)現(xiàn)一般三種方法：（1）通過(guò)上電實(shí)現(xiàn)復(fù)位（2）通過(guò)手動(dòng)按鈕實(shí)現(xiàn)復(fù)位（3）通過(guò)程序編寫(xiě)設(shè)定，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)復(fù)位。上電復(fù)位是指，每次上電時(shí)單片機(jī)內(nèi)部都進(jìn)行一個(gè)初始化的過(guò)程，使單片機(jī)從相同的狀態(tài)下運(yùn)行。程序

25、由于軟、硬件原因停止運(yùn)行或者進(jìn)入運(yùn)行混亂狀態(tài)的時(shí)候，就可以按下一個(gè)復(fù)位按鍵（比如：電腦的一鍵重啟按鈕），讓程序從初始化狀態(tài)下運(yùn)行，這個(gè)過(guò)程就叫做手動(dòng)復(fù)位。當(dāng)程序由于軟、硬件原因停止運(yùn)行或者進(jìn)入運(yùn)行混亂狀態(tài)的時(shí)候，承載程序的芯片通常具備監(jiān)測(cè)及自我恢復(fù)功能，例如程序陷阱設(shè)置、看門(mén)狗技術(shù)等，基于上述功能，若程序出現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間停滯或運(yùn)行混亂狀態(tài)，芯片自帶的的相關(guān)監(jiān)測(cè)及恢復(fù)模塊將自動(dòng)復(fù)位重啟10。其電路圖如圖3.3所示。圖3.3 單片機(jī)復(fù)位電路3.2 超聲波檢測(cè)電路本設(shè)計(jì)采用HC-SR04超聲波測(cè)距模塊來(lái)檢測(cè)頭部和桌面的距離。超聲波傳感器就是將超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的換能器，HC-SR04內(nèi)部有兩個(gè)壓電晶

26、片和一個(gè)圓錐型共振板，是利用壓電效應(yīng)制成的壓電式超聲波傳感器11。工作原理為：?jiǎn)纹瑱C(jī)I/O端口輸入給TRIG一個(gè)至少10s的高電平，模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40KHz的方波，檢測(cè)是否有信號(hào)返回，若有信號(hào)返回，ECHO端口輸出給單片機(jī)一個(gè)高電平，此時(shí)，打開(kāi)定時(shí)器定時(shí)，直到單片機(jī)讀到低電平，定時(shí)器的數(shù)值就是此次測(cè)距的時(shí)間。測(cè)距距離的公式為： （3.1）HC-SR04超聲波測(cè)距模塊實(shí)物圖如圖3.4所示。 圖3.4 HC-SR04超聲波模塊實(shí)物圖3.2.1 超聲波發(fā)射電路大多數(shù)的壓電式超聲波傳感器的發(fā)射端是壓電效應(yīng)的逆運(yùn)用，通過(guò)給壓電晶片一定超聲頻率的電信號(hào)，使其按相同的頻率振動(dòng)起來(lái)，在空氣中形成超聲波輻射1

27、2。常用的超聲波發(fā)射器的驅(qū)動(dòng)方法有：（1）使用晶體管的發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路；（2）使用時(shí)基電路555的發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路；（3）使用CMOS門(mén)電路的發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路。HC-SR04的發(fā)射端就是利用晶體管的自激振蕩來(lái)產(chǎn)生超聲波的。TRIG給STC11的P1.0一個(gè)高電平，通過(guò)STC11的內(nèi)部電路控制晶振產(chǎn)生振蕩。三極管起到了開(kāi)關(guān)的作用，通過(guò)STC11 P5.3口控制基極來(lái)控制MAX232芯片。MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片產(chǎn)生較大的電壓，提高發(fā)射功率給換能器，將超聲波發(fā)射出去。超聲波發(fā)射電路如圖3.5所示。圖3.5 超聲波發(fā)射電路3.2.2 超聲波接收電路常用的超聲信號(hào)接收方法有：（1）使用運(yùn)算放大器的接收電路；（2）

28、使用電壓比較器的接收電路；（3）使用視頻放大器的接收電路。從HC-SR04的原理圖可以看出，TL074作為接收電路的主要芯片，TL074是由4個(gè)運(yùn)算放大器組成的，其作用就是濾波、放大和比較13。接收端接收到超聲波信號(hào)，通過(guò)換能器將超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過(guò)TL074將電壓信號(hào)進(jìn)行放大輸入給單片機(jī)。超聲波接收電路如圖3.6所示。圖3.6 超聲波接收電路3.3 光線檢測(cè)電路光線檢測(cè)電路由光敏電阻、AD轉(zhuǎn)換模塊ADC0832芯片、2K色環(huán)電阻組成。光敏電阻又稱光導(dǎo)管，是利用光電導(dǎo)效應(yīng)制成的。當(dāng)在較為黑暗的環(huán)境中，有較大的阻值，因此電路中有較小的電流流過(guò)；受到光照時(shí)，其電阻急劇減小，電路中電流變大。

29、電壓的大小通過(guò)CH0引腳輸入給芯片，ADC0832是模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片將輸入的電壓量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，同時(shí)STC89C52通過(guò)P1.5引腳向ADC0832的時(shí)鐘信號(hào)輸出端CLK輸入脈沖信號(hào)，芯片接收到時(shí)鐘信號(hào)，通過(guò)D0或D1口向單片機(jī)輸出數(shù)字信號(hào)。由于D0、D1口在通信時(shí)不能同時(shí)有效，所以可以將其并聯(lián)在一起使用。經(jīng)過(guò)AD采集模塊不斷地采集不同光線下的電壓值，從而找到符合教委規(guī)定學(xué)習(xí)環(huán)境的比較值。光線檢測(cè)電路如圖3.7所示。圖3.7 光線檢測(cè)電路圖3.4 顯示電路顯示電路主要通過(guò)LCD1602液晶顯示，它可以顯示兩行，每行16個(gè)字符14?？梢燥@示數(shù)字、字母等信息，顯示內(nèi)容豐富。LCD1602是一個(gè)16引腳

30、的液晶顯示屏，其中1、2引腳是液晶的電源引腳，15、16引腳是背光電源引腳，3引腳是通過(guò)電阻的改變來(lái)調(diào)節(jié)顯示的對(duì)比度，6引腳是控制液晶讀寫(xiě)命令和數(shù)據(jù)。在本系統(tǒng)中LCD1602用來(lái)顯示當(dāng)前學(xué)習(xí)時(shí)間、頭部與桌面之間的距離、光感度信息。LCD1602實(shí)物圖如圖3.8所示，其顯示電路的電路圖如圖3.9所示。圖3.8 LCD1602實(shí)物圖圖3.9 LCD1602液晶接口電路圖3.5 聲光報(bào)警提示電路報(bào)警提示電路由一個(gè)9012型PNP三極管、兩個(gè)2K限流電阻、一個(gè)蜂鳴器、一個(gè)LED燈組成。當(dāng)光線檢測(cè)、超聲波距離檢測(cè)發(fā)生異常、單片機(jī)的定時(shí)器達(dá)到設(shè)定時(shí)間時(shí)，當(dāng)三極管的基極電壓比發(fā)射極電壓低0.7V時(shí)，三極管導(dǎo)

31、通，蜂鳴器和LED有電流流過(guò)，發(fā)出警報(bào)，提示學(xué)生注意用眼習(xí)慣，其原理圖如圖3.10所示。圖3.10 聲光報(bào)警提示電路圖3.6 按鍵電路按鍵電路是由三個(gè)獨(dú)立按鍵組成的控制電路，用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)距離、學(xué)習(xí)時(shí)間、光感度等設(shè)定值的設(shè)置以及系統(tǒng)的開(kāi)啟與暫停。獨(dú)立式按鍵比較簡(jiǎn)單，它們各自與獨(dú)立的輸入線相連接，接到單片機(jī)的I/O口上，當(dāng)按鍵按下時(shí)，+5V通過(guò)按鍵最終進(jìn)入GND形成一條通路，單片機(jī)的引腳就是個(gè)低電平。當(dāng)按鍵松開(kāi)后，線路斷開(kāi)，就不會(huì)有電流通過(guò)，單片機(jī)引腳和+5V是等電位的，是高電平。這樣就可以通過(guò)單片機(jī)I/O口的高低電平來(lái)判斷是否有按鍵按下。S3鍵按下，系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)行學(xué)習(xí)時(shí)間計(jì)時(shí)，當(dāng)S3鍵再次按下系統(tǒng)暫

32、停計(jì)時(shí)。系統(tǒng)工作時(shí)按下S2鍵，系統(tǒng)時(shí)間自動(dòng)置零，S4鍵是設(shè)置設(shè)定值的，通過(guò)S2、S3鍵實(shí)現(xiàn)數(shù)值的加減完成設(shè)置，其電路圖如圖3.11所示。圖3.11 按鍵電路圖3.7 定時(shí)電路定時(shí)電路在本設(shè)計(jì)中主要用來(lái)對(duì)學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)時(shí)間和超聲波的返回時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)，由STC89C52自帶的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)上述功能。51單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)功能一樣的可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0、T1來(lái)滿足外部脈沖計(jì)數(shù)和產(chǎn)生準(zhǔn)確的定時(shí)時(shí)間，與定時(shí)器有關(guān)的寄存器有：（1） 用來(lái)存儲(chǔ)定時(shí)器計(jì)數(shù)值的定時(shí)值存儲(chǔ)器；（2） 用來(lái)啟動(dòng)、停止定時(shí)器，標(biāo)志溢出的定時(shí)器控制寄存器TCON；（3） 用來(lái)選擇工作模式的定時(shí)器模式寄存器TMOD。其控制字均在相應(yīng)

33、的特殊功能寄存器中，通過(guò)對(duì)它的特殊功能寄存器的編制，可以方便的選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ髂Ｊ胶凸ぷ鞣绞?。定時(shí)器有4種工作模式，如表3.1所示，其中模式0是為了兼容老的8048系列單片機(jī)而設(shè)計(jì)的，現(xiàn)在的51單片機(jī)幾乎不會(huì)用到這種模式，而模式3的功能用模式2完全可以替代15。表3.1 定時(shí)器模式寄存器M1/M0工作模式M1M0工作模式描述000兼容0840單片機(jī)的13位定時(shí)器，THn的8位和TLn的5位組成一個(gè)13位定時(shí)器011THn和TLn組成一個(gè)16位的定時(shí)器1028位自動(dòng)重裝模式，定時(shí)器溢出后THn重裝到TLn中113禁用定時(shí)器1，定時(shí)器0變成兩個(gè)8位定時(shí)器模式1，是THn和TLn組成了一個(gè)16位的定時(shí)

34、器，計(jì)數(shù)范圍是065535，溢出后，只要不對(duì)THn和TLn重新賦值，則從0開(kāi)始計(jì)數(shù)。模式2，是8位自動(dòng)重裝載模式，只有TLn做加1計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)范圍0255，THn的值不會(huì)變化，而會(huì)保持原來(lái)的值；TLn溢出后，TFn就直接置1，并且THn原先的值直接賦給TLn，然后TLn從新賦值的這個(gè)數(shù)字開(kāi)始計(jì)數(shù)。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，通過(guò)程序編程和邏輯運(yùn)算將單片機(jī)的I/O等資源進(jìn)行重新分配，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)期設(shè)定效果。軟件設(shè)計(jì)主要是程序的編寫(xiě)，它是本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中最為關(guān)鍵，也是任務(wù)量最重的一個(gè)，系統(tǒng)部分源程序詳見(jiàn)附錄E。4.1 Keil Vision4軟件平臺(tái)本設(shè)計(jì)編程使用的軟件是Keil Vision4它

35、是一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，將C編譯器、庫(kù)函數(shù)等部分組合在一起。在Vision下的操作大致包括以下4個(gè)環(huán)節(jié)：（1）創(chuàng)建項(xiàng)目和打開(kāi)項(xiàng)目，并向其中添加文件。（2）編寫(xiě)編輯源程序文件。（3）設(shè)置項(xiàng)目和文件的操作屬性。被設(shè)置的項(xiàng)目操作屬性包括：明確目標(biāo)芯片和系統(tǒng)的硬件環(huán)境、對(duì)項(xiàng)目輸出文件和清單文件提出要求、選擇項(xiàng)目的調(diào)試方法等。有時(shí)需要對(duì)項(xiàng)目中的個(gè)別文件單獨(dú)設(shè)置操作屬性.（4）項(xiàng)目制作，用工具鏈（編譯器、匯編器、連接定位器等）處理項(xiàng)目，生成中間文件產(chǎn)物（可重新定位目標(biāo)文件、列表文件等）和最終文件產(chǎn)物（絕對(duì)目標(biāo)文件、燒寫(xiě)文件等）。（5）項(xiàng)目調(diào)試，用軟件模擬器或硬件仿真器進(jìn)行調(diào)試。Keil軟件的編程通常有以下幾個(gè)

36、步驟第1步：在Keil中新建一個(gè)工程并保存該工程；第2步：根據(jù)使用的單片機(jī)型號(hào)選擇Intel公司的51系列單片機(jī)；第3步：新建一個(gè)文本文檔保存為.C格式，并把該文件添加到工程中，程序編寫(xiě)；第4步：程序編寫(xiě)完成后，在編譯之前更改操作中的設(shè)置，使其能生成.HEX文件，為Proteus仿真做準(zhǔn)備；第5步：進(jìn)行程序編譯，查看程序有無(wú)錯(cuò)誤。4.2 主程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的編程思路是先確定主程序，然后根據(jù)各硬件電路實(shí)現(xiàn)的功能和特點(diǎn)編寫(xiě)子程序，最后將子程序嵌套進(jìn)主程序，這樣編程簡(jiǎn)單、明了、方便后期維護(hù)。系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)流程圖如圖4.1所示。圖4.1 主程序設(shè)計(jì)流程圖（1）對(duì)系統(tǒng)上電，進(jìn)行系統(tǒng)進(jìn)行初始化，判斷是否有按

37、鍵按下；（2）若按下開(kāi)始按鈕S3鍵，對(duì)光線、距離、定時(shí)等的值進(jìn)行判斷，若距離、光線、定時(shí)偏離設(shè)定值，則系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警提醒，報(bào)警結(jié)束后返回繼續(xù)監(jiān)測(cè)，若沒(méi)有變化，則繼續(xù)監(jiān)測(cè)，當(dāng)再次按下S3鍵時(shí)間暫停，停止檢測(cè)；（3）若按下S2鍵（設(shè)置鍵）進(jìn)入系統(tǒng)設(shè)置，設(shè)置各模塊的設(shè)定值，S2鍵數(shù)字加，S3鍵數(shù)字減，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置。4.3 子程序設(shè)計(jì)整個(gè)控制程序可分為光照檢測(cè)、超聲波測(cè)距和定時(shí)三個(gè)子模塊。此外由于超聲波測(cè)距模塊用到了外部中斷，所以也對(duì)中斷的流程圖作一闡述。4.3.1 光照檢測(cè)子程序本設(shè)計(jì)采用ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器，目的是將光敏電阻兩端隨光線不斷改變阻值得到的電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出給STC89C52。

38、通過(guò)已經(jīng)設(shè)定好的設(shè)定值進(jìn)行判斷光線是否符合學(xué)生學(xué)習(xí)，若不符合將觸發(fā)聲光報(bào)警電路，提示學(xué)生注意外部光線的調(diào)節(jié)。其檢測(cè)子程序流程圖如圖4.2所示。圖4.2 光線檢測(cè)子程序流程圖4.3.2 超聲波測(cè)距子程序系統(tǒng)開(kāi)始工作對(duì)超聲波測(cè)距模塊進(jìn)行初始化，通過(guò)STC89C52的P3.2端口向HC-SR04輸出兩個(gè)頻率約為40kHz的方形脈沖信號(hào)，與此同時(shí)通過(guò)設(shè)定的程序啟動(dòng)定時(shí)器T0進(jìn)行超聲波返回時(shí)間計(jì)時(shí)。當(dāng)有超聲波信號(hào)返回時(shí)，給單片機(jī)的P3.3引腳，即外部中斷申請(qǐng)輸入端一個(gè)低電平，打開(kāi)外部中斷0，定時(shí)器T0停止脈沖計(jì)數(shù)，然后進(jìn)行距離計(jì)算。若得到使用者頭部與桌面的距離小于規(guī)定值，則蜂鳴器和LED報(bào)警，提示學(xué)生注

39、意頭部與桌面的距離16。若定時(shí)器的溢出標(biāo)志位TF0置1后還沒(méi)有檢測(cè)到超聲波返回信號(hào)，表示此次測(cè)距不成功，返回程序，繼續(xù)發(fā)射超聲波信號(hào)，進(jìn)行距離測(cè)量。超聲波測(cè)距子程序流程圖如圖4.3所示。圖4.3 超聲波距離檢測(cè)子程序流程圖4.3.3 定時(shí)子程序定時(shí)的實(shí)現(xiàn)要依賴單片機(jī)內(nèi)部的編程，定時(shí)子程序?qū)W(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間進(jìn)行定時(shí)。在定時(shí)子程序中編程需要以下幾個(gè)步驟：第1步：通過(guò)TMOD選擇好定時(shí)器的工作模式，本設(shè)計(jì)采用工作模式0，故TMOD=0x01；第2步：設(shè)置計(jì)數(shù)寄存器TH0和TL0的初值；第3步：打開(kāi)定時(shí)器T0，讓定時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，TR0=0；第4步：通過(guò)定時(shí)器控制寄存器的溢出標(biāo)志位TF0，來(lái)判斷定時(shí)器是否

40、溢出17。定時(shí)器的計(jì)時(shí)是通過(guò)計(jì)算脈沖數(shù)實(shí)現(xiàn)的，而脈沖數(shù)是由晶振的振蕩頻率產(chǎn)生的。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，采用的晶振的振蕩頻率為12MHz，STC89C52的時(shí)鐘周期為，即1/秒，其中1個(gè)機(jī)器周期等于12個(gè)時(shí)鐘周期，即機(jī)器周期為1s。設(shè)計(jì)要求定時(shí)10ms，設(shè)要經(jīng)過(guò)x個(gè)機(jī)器周期得到0.01秒，得到如下的方程式： （4.1）計(jì)算得到x=10000。16位定時(shí)器的最大計(jì)數(shù)值為65535，加1后為65536溢出，所以要給定時(shí)器定時(shí)值寄存器的高8位和低8位一個(gè)初值，使其經(jīng)過(guò)10000個(gè)機(jī)器周期后TF0=1。初值為： （4.2）轉(zhuǎn)化成十六進(jìn)制就是0xD8F0，也就是TH0=0xD8，TL0=0xF0。本設(shè)計(jì)采用定

41、時(shí)器0和工作模式1實(shí)現(xiàn)。根據(jù)國(guó)家衛(wèi)計(jì)委的要求每學(xué)習(xí)45分鐘休息10分鐘。首先使定時(shí)器0定時(shí)10ms，經(jīng)過(guò)100次中斷后為1s，再通過(guò)秒變量遞增，遞增60次，變量分變量遞增，直到遞增到45。然后進(jìn)入主程序中的報(bào)警程序開(kāi)始工作，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)，并延時(shí)5秒，提示使用者注意休息。定時(shí)子程序框圖如圖4.4所示。圖4.4 定時(shí)子程序流程圖4.3.4 中斷子程序中斷，是單片機(jī)的一種運(yùn)行機(jī)制，程序運(yùn)行過(guò)程中，出現(xiàn)某些意外情況需干預(yù)時(shí)，停止正在運(yùn)行的程序并轉(zhuǎn)入處理新情況的程序；處理完畢后又返回原被暫停的程序繼續(xù)運(yùn)行。內(nèi)部中斷：?jiǎn)纹瑱C(jī)的內(nèi)部集成許多功能模塊，如定時(shí)器，串口通信，A/D轉(zhuǎn)換器在發(fā)生中斷時(shí)才需要CPU

42、參與，發(fā)出請(qǐng)求信號(hào)通知CPU。外部中斷：系統(tǒng)的外部設(shè)備產(chǎn)生的中斷源，產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)，送到單片機(jī)的外部中斷請(qǐng)求引腳供CPU檢測(cè)。中斷過(guò)程包括：（1）中斷源發(fā)出中斷請(qǐng)求；（2）判斷當(dāng)前處理機(jī)是否允許中斷和該中斷源是否被屏蔽；（3）優(yōu)先權(quán)排隊(duì)；（4）處理機(jī)執(zhí)行完當(dāng)前指令或當(dāng)前指令無(wú)法執(zhí)行完，則立即停止當(dāng)前程序，保護(hù)斷點(diǎn)地址和處理機(jī)當(dāng)前狀態(tài)，轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序；（5）執(zhí)行中斷服務(wù)程序；（6）恢復(fù)被保護(hù)的狀態(tài)，執(zhí)行“中斷返回”指令回到被中斷的程序或轉(zhuǎn)入其他程序。超聲波中斷子程序采用外部中斷0，定時(shí)器T1，在超聲波發(fā)出的同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)進(jìn)行計(jì)時(shí)，當(dāng)有超聲波返回時(shí)，觸發(fā)外部中斷0，進(jìn)入中斷程序后立即停止定

43、時(shí)器計(jì)時(shí)，進(jìn)行距離計(jì)算，若計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)溢出時(shí)仍未檢測(cè)到超聲波返回信號(hào)，則定時(shí)器的溢出中斷將外部中斷關(guān)閉，表示此次測(cè)距不成功，重新檢測(cè)。中斷主程序如圖4.5所示，內(nèi)部中斷如圖4.6所示，外部中斷如圖4.7所示。圖4.5 中斷子程序主流程圖圖4.6 定時(shí)中斷流程圖圖4.7 外部中斷流程圖5 系統(tǒng)仿真與調(diào)試5.1 系統(tǒng)仿真仿真采用Proteus軟件進(jìn)行仿真，根據(jù)系統(tǒng)原理圖在Proteus軟件中畫(huà)好仿真電路圖，將預(yù)先編寫(xiě)好的程序添加到STC89C52中，點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行仿真。由于Proteus軟件中沒(méi)有超聲波模塊，故用按鍵來(lái)代替超聲波傳感器來(lái)給單片機(jī)信號(hào)，達(dá)到相同的仿真效果。Proteus仿真

44、只能確保程序和原理圖沒(méi)有錯(cuò)誤，能達(dá)到預(yù)期的效果，設(shè)計(jì)是否能真正的符合要求進(jìn)行工作還是要看設(shè)計(jì)實(shí)物。如圖5.1所示，是仿真的是光線過(guò)強(qiáng)時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，仿真電路圖。圖5.1 視力保護(hù)器仿真電路圖5.2 PCB設(shè)計(jì)（1）PCB介紹PCB是印制電路板（Printed Circuit Board）的簡(jiǎn)稱，通過(guò)打印和蝕刻等工藝將原理圖中元件的位置和孔位印制到覆銅板的過(guò)程。覆銅板多為壓制而成的，所以層數(shù)多為偶數(shù)，根據(jù)其結(jié)構(gòu)分為單層板、雙層板和多層板。單層板適用于簡(jiǎn)單元器件不多且布線不復(fù)雜的電路圖（如本設(shè)計(jì)可以用單層板），在日常生活中并不常用。多層板由于工藝的原因大多數(shù)層數(shù)為偶數(shù)層，包括信號(hào)層、電源層、接地層、

45、絲印層等，但由于多層板的成本過(guò)高，在平時(shí)中也不常用。最常用的是雙層板，由頂層和底層組成，兩面都可以走線。（2）PCB繪制在繪制好電路原理圖之后，對(duì)原理圖進(jìn)行編譯確保電路圖沒(méi)有錯(cuò)誤，若沒(méi)有錯(cuò)誤生成網(wǎng)絡(luò)報(bào)表，可以通過(guò)“工具”菜單下的“封裝管理器”查看元器件的封裝是否符合要求且均有封裝。建立一個(gè)新的PCB工程，對(duì)PCB圖的大小、布線寬度、線距、焊盤(pán)大小、孔徑、層定義等進(jìn)行設(shè)置，PCB圖設(shè)置完成之后，在Design菜單下點(diǎn)擊Update PCB Document，生成PCB圖，通過(guò)手動(dòng)調(diào)整進(jìn)行元器件進(jìn)行布局，布局時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）應(yīng)該以主控元件為中心，進(jìn)行布局；（2）高頻元器件要考慮元器件的分布

46、參數(shù)；（3）保持信號(hào)流向同一方向，便于后期電路的檢查；（4）可以把不常用的元器件放在體積較大元器件的下邊以壓縮板子的大小。手動(dòng)調(diào)整完成后，進(jìn)行手動(dòng)布線，在布線時(shí)不能出現(xiàn)小于90度的角，以防尖端放電和腐蝕過(guò)度。布線完成后，再進(jìn)一步對(duì)PCB圖檢查，確保所有的飛線都連接完成且沒(méi)有錯(cuò)誤，檢查無(wú)誤后進(jìn)行PCB的轉(zhuǎn)印、腐蝕、鉆孔等操作。本設(shè)計(jì)的PCB設(shè)計(jì)圖如圖5.2所示。圖5.2 視力保護(hù)器PCB設(shè)計(jì)圖5.3 系統(tǒng)電路實(shí)現(xiàn)（1）元器件檢查：根據(jù)原理圖來(lái)購(gòu)買符合要求的元器件，將買回來(lái)的元器件按照各自的方式認(rèn)真仔細(xì)的檢查有無(wú)損壞，數(shù)量是否正確，防止焊接過(guò)程中有損壞或缺少，影響焊接。（2）元器件安裝與焊接：本設(shè)

47、計(jì)采用萬(wàn)用板，確認(rèn)元器件沒(méi)有損壞且符合要求后，根據(jù)PCB電路圖元器件位置放置。在萬(wàn)用板上放置時(shí)注意先放置焊接要求低和不易損壞的元器件后放置焊接要求較高和易損壞的元器件，同時(shí)要注意有極性元件的正負(fù)極和STC89C52的方向。電路板焊接時(shí)要注意送錫量和焊接時(shí)間，過(guò)多影響兩個(gè)元器件的連接方式造成短路，過(guò)少則有可能造成虛焊等問(wèn)題。待所有的元器件焊接完成后，用萬(wàn)用表的蜂鳴檔來(lái)檢查電路板焊接是否有短路、斷路、虛焊等問(wèn)題將所有問(wèn)題找出并解決。5.4 系統(tǒng)調(diào)試將單片機(jī)放置到程序下載器上，通過(guò)USB口與電腦連接用STC_ISP_V480軟件將仿真調(diào)試過(guò)的程序下載到單片機(jī)中。下載完成后，對(duì)系統(tǒng)上電。首先按下電源開(kāi)

48、關(guān)，LED燈閃爍一次，蜂鳴器響一聲，LCD1602液晶顯示屏顯示當(dāng)前距離和光強(qiáng)，如圖5.3所示。圖5.3 系統(tǒng)初始狀態(tài)圖然后通過(guò)按鍵對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置好使用時(shí)書(shū)本與使用者的距離、最低和最高光線強(qiáng)度、使用時(shí)間等信息。在本設(shè)計(jì)中，設(shè)定的距離為30CM，使用時(shí)間為45分鐘。如圖5.4、5.5所示。圖5.4 系統(tǒng)距離和使用時(shí)間設(shè)定圖圖5.5 系統(tǒng)光線強(qiáng)度設(shè)置圖再按下系統(tǒng)開(kāi)始工作鍵，系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)行工作，開(kāi)始使用計(jì)時(shí)。當(dāng)檢測(cè)到的信號(hào)不符合設(shè)定值，系統(tǒng)報(bào)警，提醒使用者注意用眼習(xí)慣。如圖5.6、5.7、5.8、5.9所示。 圖5.6測(cè)定距離報(bào)警圖 圖5.7 系統(tǒng)定時(shí)報(bào)警圖 圖5.8光線較弱報(bào)警圖 圖5.9光線

49、較強(qiáng)報(bào)警圖當(dāng)按下暫停鍵時(shí)，系統(tǒng)暫停計(jì)時(shí)工作，若此時(shí)距離和光強(qiáng)不符合設(shè)定值，系統(tǒng)仍不會(huì)報(bào)警。如圖5.10所示。圖5.10 系統(tǒng)暫停工作圖在調(diào)試系統(tǒng)按鍵的過(guò)程中，硬件上連接是將按鍵默認(rèn)置高，按下后拉低，檢測(cè)下降沿跳變觸發(fā)中斷，在中斷中做相應(yīng)的按鍵處理實(shí)現(xiàn)。但是在調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)按鍵有時(shí)會(huì)出現(xiàn)按一下會(huì)變化多次，實(shí)際上按鍵上有抖動(dòng)，多次觸發(fā)中斷造成的。后來(lái)考慮到按鍵的抖動(dòng)問(wèn)題，采用軟件延時(shí)消抖方法，結(jié)果按鍵效果便恢復(fù)正常。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)調(diào)試，實(shí)物仿真能能達(dá)到預(yù)期功能，效果良好。6 結(jié) 論本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是基于STC89C52單片機(jī)的視力保護(hù)器的設(shè)計(jì)，完成了系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)、軟件電路的設(shè)計(jì)，繪制了整體電路原理圖、

50、PCB圖，基于Keil Vision4平臺(tái)的程序編寫(xiě)及利用Proteus對(duì)系統(tǒng)電路仿真。經(jīng)過(guò)安裝調(diào)試，各模塊能夠流暢運(yùn)行，整體電路基本滿足設(shè)計(jì)要求，能夠完成規(guī)定的基本功能。因?yàn)闀r(shí)間的限制，本次設(shè)計(jì)尚存在一定的不足需要解決，比如：可以用LED燈來(lái)指示哪個(gè)模塊報(bào)警提醒，便于使用者做出調(diào)整；視力保護(hù)器可以通過(guò)Wi-Fi與手機(jī)APP進(jìn)行連接，便于家長(zhǎng)的監(jiān)督。我相信通過(guò)我進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和努力，一定可以得到好的解決方案。本文完整的體現(xiàn)了STC89C52單片機(jī)視力保護(hù)器的設(shè)計(jì)方案和實(shí)現(xiàn)過(guò)程。設(shè)計(jì)有很好的市場(chǎng)前景和應(yīng)用，達(dá)到了最初的目標(biāo)。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)視力越來(lái)越重視和關(guān)注，同時(shí)也促進(jìn)了視力保護(hù)器的發(fā)

51、展空間，視力保護(hù)器功能將會(huì)更加強(qiáng)大，操作也將更加智能。參 考 文 獻(xiàn)1 何冰, 王菊霞, 蘇變玲. 基于單片機(jī)的視力保護(hù)器設(shè)計(jì)J. 電子設(shè)計(jì)工程, 2015,15(3):95-98.2 張威, 石友義, 唐鑫鑫, 張繼. 基于51單片機(jī)的簡(jiǎn)易超聲波測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)J. 信息通信, 2015,12(5):23-24.3 梁明亮, 韋成杰單片機(jī)對(duì)串行A/D轉(zhuǎn)換器ADC0832的C51編程J鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào), 2009,21(1):36-37.4 張亞林. 基于C52控制的ADC0832應(yīng)用詳解J數(shù)控技術(shù)與應(yīng)用, 2013,5(3):5-6.5 李軍, 申俊澤. 超聲波測(cè)距模塊HCSR04的超聲

52、波測(cè)距儀設(shè)計(jì)J. 單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用, 2011,l1(10):77-786 張紀(jì)元. 基于ARM的水文遙測(cè)平臺(tái)超聲波測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)研究D. 太原: 太原理工大學(xué).2013.7 黃國(guó)富, 胡體玲. 倒車語(yǔ)音提示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J. 電子工程設(shè)計(jì), 2012,11(8):31-33.8 朱濤. 基于STC89C52單片機(jī)的智能循跡小車設(shè)計(jì)J. 電腦知識(shí)技術(shù):學(xué)術(shù)交流, 2011,20(6):27-28.9 徐軍, 馮輝. 傳感器技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用實(shí)訓(xùn)M. 北京: 電子工業(yè)出版社. 2010.12.90-100.10 王欣, 徐智, 陶鳳, 袁春緯. 基于超聲波測(cè)距跟隨小車設(shè)計(jì)J. 電腦知識(shí)技術(shù),

53、2016,13(17):59-60.11 李維民, 張成勝. 單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作頻率的研究J. 牡丹江師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2013,10(2):15-16.12 Normanyo E, Ayim D, Isaac A. Designing of a lettersorting machine for the regional post offices in ghanaJARPN Journal of Enineering and Applied Sciences, 2009,5(6):1-13.13 趙艷華, 龔麗農(nóng). 基于超聲波測(cè)量的視力保護(hù)儀設(shè)計(jì)J. 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）, 2015,32(4).56-58.14 趙亮. 液晶顯示模塊LCD1602應(yīng)用J. 電子制作, 2007,9(15):21-22.15 Boo-Hyung Lee, Jeong-Hyun Park. Improvement of carrier sorting rate of let