1.本选题的理由及意义

随着生活水平的提升，现代社会压力也在提升，尤其是青少年们，繁重的学业压力，长久用眼过度和读写姿势不正确造成了眼部屈光不正，引发了近视，据可靠调查报告表明，至2010年我国近视发病率平均为67.8%,而且低龄化严重，绝大多数都与日常用眼习惯有直接关系，如距离书本过近，看书环境过暗，阅书时间过长等。

因此，本课题研究的多功能视力保护器有着很大的市场需求，能够矫正不好的用眼习惯，对于无人在边上时，能全自动提醒看书的人，不会再让使用者在昏暗的环境下看书，也不会使得眼睛与书本离得过近，培养好的读书学习姿势，语音定时提醒使用者该休息，保证使用者不过度疲劳用眼，从而从根本上解决预防近视。

本设计实物体积小，重量轻，价格实惠，易于携带使用，为使用者提供了方便。

2.需要重点研究的关键问题及解决问题的思路

关键问题一、感光模块的设计

本电路由光敏传感器模块、光敏电阻、电阻器、电容器、可控硅电子调压器、触发继电器模块、照明灯组成，本设计中光敏传感器用于检测光线，光敏电阻用于感应光线使得自身阻值变化。 工作原理：在环境光线亮度不足时，由单片机内部定时器产生PWM波控制照明灯的亮度，环境越暗，亮度越亮。

关键问题二、测距模块的设计

本模块电路由超声波测距传感器模块、液晶显示器、蜂鸣器、继电器、串口输出引脚、微动开关、光电耦合器等组成，在模块的Trig引脚上给以10us以上的高电平信号，触发模块工作，通过超声波探头自动向外发送8个40kHz的方波（超声波），当信号碰到前方的物体时，反射回来，模块检测到返回信号时，通过Echo输出高电平信号，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间，即距离=（高电平时间*声速（340M/s））/2。单片机内部将距离数据写入液晶，液晶显示屏显示实际距离与报警距离，当实际距离小于设定距离时候，光电耦合器的光耦导通，蜂鸣器发出报警声音。

关键问题三、稳压电源模块的设计

稳压电源模块需要给89C51单片机、超声测距模块等供电。光敏传感器模块，收发一体超声测距模块、单片机工作等电压均为5V，由电源适配器或充电宝直接供电。

关键问题四、定时模块的设计

本模块在单片机51内部实现，使用编程设置定时控制，可以手动按按键设置定时时间，并设有复位按键，定时时间到时触发语音提示，此定时功能用编程语言实现。

关键问题五、语音提示模块的设计

本模块使用语音芯片与单片机相连接，特定引脚相连接，与定时功能一体化，当时间到达时单片机内部给与高电平触发语音提示，语音提示“叮叮叮叮”。

关键问题六、传感器如何与单片机通信

感光模块处理后的信号经ADC0832 8位AD模数转换器转换后从单片机AD端口输入，地和电源与单片机的地和电源相连，在地和电源之间，加一个10uF电容，防止电源扰动。

3.创新点及实践价值

多功能视力保护器采用超声波收发测距装置，对人体无辐射的伤害，使得消费者可以放心使用，对人体无干扰；感光模块分为触发部分与调节部分，合理使用电力，手动打开光控开关后，在光线低于设置的范围时候才会触发继电器，使得光源通电，由此不会浪费更多的能源，起到节约环保的作用；定时系统由单片机内部实现，不会出现硬件损坏频繁难以更换的问题，语音提示系统为简单的语音芯片组成，价格低廉，易于更换，本设计整体有较高的升级性与功能延伸扩展性。并且操作简单、方便，成本低，性价比高，实用性强，能有效的保护使用者的视力，温馨提示休息时间，体积较小便于携带，使用寿命较长，相对于同类产品更为经济大众化。

4.完成本选题所需的工作条件（如资料、工具书、计算机设计绘图、实验、调研）及解决办法

参考资料：

在万方数据库，CNKI中国期刊全文数据库，维普数据库，PubMed数据库上搜索关于“视力保护”，“测距装置”，“感光装置”，“eyesight protection device”等的相关文献。

实验：电路试验调试实验室，生物医学工程系学生实验室

参考工具书：《单片机原理及应用》、《电子技术基础》、《模拟电子技术基础》等。

工具：计算机、稳压电源、电烙铁、电路铜板、万用表、Stm32开发板等

计算机编程语言：C语言

参考文献：

[1] 戴日章，吴志勇.基于单片机AT89C51的超声波测距系统设计.计量与测试技术.2005,32(2)

[2] 蒋峰.远程无线灯光智能控制开关的设计.中南林业科技大学学报,2011,31(11)

[3] 王瑞.基于单片机的超声测距仪的研制.仪器仪表用户.2006,(4)，58-60

[4]许艳惠.基于单片机控制的超声波测距系统的设计[J].仪器仪表用户.2006，05,34-35

[5] 刘春，陈林.探析基于单片机测距仪的设计与实现.自动化工程.2012,05

[6] 华亮,堵俊,吴晓.新型高精度一体反射型超声波传感器测距系统研制.仪表技术与传感器,2008,(4)

[7] 兰羽,周茜.超声波测距系统接收电路研究.电子设计工程,2012,20(14):81-83

[8] 任雨竹.超声波多功能视力保护器的设计.科学与财富.2014(7)

[9] 荆红莉,王晶,王涛.超声波测距系统设计.数字技术与应用.2010(8)

[10]卫迪.视力保护器的设计.中学生导报（教学研究）.2013(50)

[11]Daivd Gacio,Student Member,IEEE,J.Marcos Alonso,Senior Member,IEEE,Jorge Garcia,Member,IEEE,Lidia Campa,Student Member,IEEE,and Manuel Rico-Secades,Member,IEEE.  PWM Series Dimming for Slow-Dynamics HPF LED Drivers:the High-Frequency Approach. IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRNICS,VOL59,NO.4,APRIL.2012.

[12]K Hellen-Halme,A Petersson,G Warfvinge and M Nilsson.   Effect of ambient light and monitor brightness and contrast settings on the detection of approximal caries in digital radiographs:an in vitro study.    Dentomaxillofacial Radiology(2008)37,380-384 2008 The British Institute of Radiology.

5.工作方案分析及进度计划

（一）方案分析

多功能视力保护器由光敏感光模块、超声波测距传感器模块、电源模块、人体检测模块、LED控制模块、语音提示模块等模块组成。

装置原理图如图1所示。超声测距传感器工作，经过单片机处理获取收发一体超声模块到待测物体的距离，将这个数据通过液晶显示。感光模块可以检测光线强度等级，进入控制LED的亮度。定时报警模皆为单片机内部编程，可通过手动按键加减定时时长，以及复位清零。语音提示模块与定时模块一体，与单片机相连，定时时间到会提示“叮叮叮叮”。 稳压电源模块需要给单片机、超声测距模块等供电。

图1 装置原理图

1感光模块

本模块采用灵敏型光敏电阻传感器，通过ADC0832检测光线亮度等级并显示，光敏电阻感应光线使得自身阻值变化，从而调节亮度，电路由光敏电阻、模数转换器ADC0832和分压电阻成。

感光模块工作流程图

2超声测距模块

本模块电路由超声波测距传感器模块、液晶显示器、蜂鸣器、继电器、串口输出引脚、微动开关、光电耦合器等组成，在模块的Trig引脚上给以10us以上的高电平信号，触发模块工作，通过超声波探头自动向外发送8个40kHz的方波（超声波），当信号碰到前方的物体时，反射回来，（模块自动收发信号）模块检测到返回信号时，通过Echo输出高电平信号。经过分析处理后就可以测得障碍物的距离： 。s为超声波传播的距离，c为超声波在介质中的传播速度（在空气中超声波速为340米每秒），t为测得超声波传播的时间。信号经过前放、主放、幅值甄别、电平转换、A/D转换之后传输到单片机。单片机内部将距离数据写入液晶，液晶显示屏显示实际距离与报警距离。当实际距离小于设定距离时候，光电耦合器的光耦导通，蜂鸣器发出报警声音。

工作时序图

超声测距模块示意图

3.语音定时模块

本模块在单片机51内部实现，使用编程设置定时控制，可以手动按按键设置定时时间，并设有复位按键，定时时间到时触发语音提示，语音芯片与单片机相连接，特定引脚相连接，与定时功能一体化，当时间到达时单片机内部给与高电平触发语音提示，语音提示“叮叮叮叮”。

（二）进度计划

2017.10    进行相关资料检索，系统了解该项目；

2017.10    确定仪器各部件相关图纸，完成图纸及PCB图；

2017.11    组装并完成视力保护器硬件部分；

2017.12    进行软件编写及调试并完成装置；

2018.1     撰写论文；

2018.2     毕业论文定稿修改；

2018.5     论文答辩。

报告人：

2017 年 10 月 24日

5.指导教师意见

指导教师（签名）：

2017年 10月　30日