为了维护青少年的视力，现如今越来越多的公司都在研制出产各种视力维护产品，国内首要有眼保姆，坐姿矫正器和各种护眼灯;国外有法国艾斯·布鲁斯研制的光亮天使博士镜，以及美国眼科专家威廉贝茨研制的阿瞳二代产品。但这些产品功用单一，不能满意顾客的个性化需求。针对这一问题，本文将单片机与视力维护相结合，运用单片机芯片的智能处理功用，结合超声波测距原理，光敏电阻随光强改变的特色，单片机守时器T0，T1的作业原理，以及LCD1602液晶显现器的运用办法，规划了一个多功用视力维护器。该规划的技能要求是当学生的面部与书本或电脑的间隔小于30 cm时，蜂鸣器发生声光报警，提示学生留意坐姿;当学生学习时刻超越45分钟时，蜂鸣器发生声光报警，提示学生歇息顷刻;当光线过强或过弱时，蜂鸣器发生声光报警，提示学生留意学习环境;能够分辩是什么原因引起的声光报警;并具有设置功用，能够自行设定相应的数据。
1 总体规划
1.1 体系规划方案
本体系选用STC89C52RC DPIP40单片机作为中心操控单元，经过HC—SR04超声波测距模块丈量人的面部到书本的间隔，当测得间隔小于30 cm或设定间隔时发生声光报警。运用光敏电阻的光电导效应收集光线模仿信号，并经过ADC0832模数转换器转换为数字信号，对数字信号进行光强等级处理并用1602液晶显现器显现光的强弱，当光太强或太弱时发生报警。经过单片机内部守时器T1对学习时刻进行计时，当学习时刻超越45分钟或设定值时发生报警，其间报警电路由一个PNP型三极管驱动。体系总体规划方框图如图1所示。
1.2 体系规划的根本进程
本规划的首要进程如下：
1)仔细剖析视力维护器的技能要求。
2)确认硬件设备，选好器材的类型。
3)画电路原理图。
4)依据硬件电路及各芯片的时序编写程序。
5)将程序输入单片机进行软件测验，查找过错，使体系程序愈加完善。
6)依据电路原理图及相应元器材的焊接办法焊接硬件电路。
7)将程序写进单片机进行硬件调试。
2 硬件规划
STC89C52RC PDIP封装单片机由宏晶科技推出，其指令代码彻底兼容传统8051单片机，是一种增强型8051单片机。作业电压为5. 5～3.3 V(5 V单片机)，有8 K字节的用户应用程序空间，片上集成512字节RAM，内部带2 K EEPROM的存储空间。经过串口就可直接下载程序，且处理速度快，抗干扰才能强，功耗低，价格便宜，所以本规划选用STC89C52RC作为操控电路的主选芯片。
2.1 主控模块规划
该主控模块含有时钟电路、体系复位电路、电源电路。其间时钟电路由单片机内部反相扩大器的输入引脚跨接在晶振两头和两个微调电容组成，构成自鼓励振荡器，用来发生单片机作业时有必要的时钟信号。时钟电路中电容选用20 pF，晶振选用12 MHz，因为频率越高单片机的速度越快。体系选用按键复位的作业方式，其复位电路由复位按键、10μF电容和10kΩ电阻组成，单片机的复位时刻由复位电路的极性电容决
定，极性电容一般选用10～30μF。单片机的时钟作业今后，只需RST引脚上呈现两个机器周期以上的高电平，体系就复位。
2.2 蜂鸣器报警电路模块规划
因为电磁式蜂鸣器需求较低的电压就能宣布很高分贝的声响，本规划选用电磁式蜂鸣器，其发声的原理为电流经过电磁线圈发生磁场，从而驱动振荡膜片发声。因为单片机I/O引脚输出电流的驱动才能有限，所以选用PNP型三极管(扩大效果)驱动蜂鸣器。当P1.3输出高电平“1”时，三极管Q1截止，没有电流流过线圈，蜂鸣器不发声，当P1.3输出低电平“0”时，三极管Q1导通，电流流过蜂鸣器线圈，蜂鸣器发声。因为发光二极管和蜂鸣器并联，所以声光报警是一起进行的。蜂鸣器报警电路图如图2所示。
2.3 光敏电阻测光电路模块规划
2.3. 1 光敏电阻
光敏电阻选用硅，锗，硫化镉，硒化铅等半导体资料制成，它的作业区在一个很薄的光敏层上，光敏层具有电阻特性，两头由金属电极引出。无光照时，光敏电阻的阻值很大，当光线照到光敏层上，半导体资猜中的载流子将敏捷添加，阻值下降，光线越强，阻值越低。光敏电阻一般做成片状结构，以便吸收更多光能。光敏电阻具有灵敏度高，测光规模广的长处。光敏电阻归于有源器材，作业时有必要加电源。
2.3.2 光敏电阻测光电路
光敏电阻测光电路作业原理：当光线发生改变时，因为光敏电阻内部载流子发生改变，所以流过光敏电阻的电流发生改变，从而R6两头的分压发生改变，该模仿电压信号经过ADC0832模数转换器收集后便可得到相应的数字信号，再经过单片机处理后，在LCD液晶模块上显现光的强弱百分比。光敏电阻测光电路接线图如图3所示。
2.4 电源接口电路模块规划
本规划选用3节1.5 V电池串联供电，电池盒和自锁开关串联能够便利电路的通断。电源接口电路接线图如图4所示。
2.5 按键电路模块规划
本规划用按键设置学习时刻、光线强弱边界以及报警间隔。按键电路接线图如图5所示。其间S4为设置键，S3为开端学习键和设定值的加键，S2为时刻清零键和设定值的减键。当某键按下时，低电平有用。
2.6 超声波测距模块规划
2.6.1 超声波简介
超声波是高于20 kHz的机械波，它在不同的介质中传达速度不同，在经过两种不同介质时，在介质外表会发生反射、折射现象，超声波在传达进程中有必定的衰减。超声波在空气中衰减较快，频率越高，衰减越快，故在空气中传达时选用频率较低的超声波40 kHz。
2.6.2 超声波测距原理
本规划运用超声波遇到障碍物发生反射的特性，选用往复时刻检测的办法进行测距，超声波测距原理图如图6所示。
测距时，超声波发射器向某一方向发射超声波，超声波在空气中传达遇到障碍物就当即反射回来，计算出超声波在空气中传达的往复时刻t，超声波在空气中传达的速度为：340 m/s。运用如下公式(1)便可知超声波探头距障碍物的间隔S。
S=vt/2 (1)
2.6.3 HC—SRO4超声波测距模块
本规划选用HC—SRO4超声波测距模块丈量人的脸部离书本的间隔。该模块测距规模为2～400 cm，测距精度高达3 mm;模块由超声波发射器，超声波接纳器，操控电路组成，其间发射器发射超声波信号用来作为间隔的采样信号，接纳器接纳所发射的信号。
HC—SRO4超声波测距模块选用I/O口TIRG触发测距，给TIRG最少10 s的高电平，这时模块主动发送8个40 kHz的方波，主动检测是否有信号回来，如果有信号回来，则经过I/O口ECHO输出一个高电平，高电平继续的时刻就是超声波从发射到回来的时刻，测验间隔=(高电平时刻*340 m/s)/2。HC—SRO4超声波测距模块的引脚图如图7所示。其间VCC接电源，GND接地，TIRG为触发操控信号输入端接P3.3，ECHO为回响信号输出端接P3.2。
3 软件规划
本规划运用的编程言语为C言语，依据体系要完成的功用，先写出主程序，再运用硬件电路功用及各芯片、各模块的作业时序写出子程序，最终在主程序中进行调用，这种办法简略，主程序句子少，且易于软件规划和查错，还能很好的运用硬件电路，分模块进行调试。
3. 1 主程序流程图
体系主程序流程图如图8所示。
3.2 部分子程序流程图
T0用于测超声波的往复时刻，作业于作业方式1，对单片机的机器周期进行计数。守时器的守时时刻与体系的时钟频率有关，因为一个机器周期等于12个时钟周期，晶振为12 MHz，则计数周期为：T=12×1/(12×106)=1μs。当超声波ECHO端为高电平时开端计时。超声波测距子程序流程图如图9所示。
学习时刻由守时器T1守时，其作业于作业方式1，初值为TH1=0X3C;TL1=0XB0;50 ms中止一次，value加1，当value值加到20时，即为1 s，秒钟加1;当秒加到60时，分钟加1;当分加到60时，时加1;其时加到24时，重新开端。报警子程序流程图如图10所示。
4 体系调试
软件测验：在Keil uvision4中编写程序，进行调试，修正语法过错。
硬件测验：焊接电路之前，先用万用表测得各元器材的好坏，辨明极性%&&&&&%蜂鸣器、发光二极管的正负以及PNP型三极管的三个级。在焊接电路板时，从单片机最小体系开端，分模块，逐一进行焊接并随时用万用表的“二极管”挡测验电路是否导通。焊接完成后，运用STC_ISP _V479下载软件将编好程序烧进单片机芯片中，并进行功用检测。
5 定论
经过软硬件的规划与调试，体系达到了规划要求，当学生开端学习时;若光线低于设定的弱光或光线高于设定的强光时，报警电路发生声光报警，提示学生留意学习环境;若超声波测到的间隔小于30 cm或设定值时，报警电路发生声光报警，提示学生调理眼睛到书本的间隔。当学习时刻抵达设定值时，发生10次报警，每次3下，提示学生留意歇息。因为超声波在空气中的传达速度与温度有关，本规划没有考虑温度对超声波传达速度的影响，丈量间隔还有必定的差错，但差错很小，还可经过温度传感器DS18B20进一步完善，使其丈量愈加准确。
