论文总字数：17242字

目 录

1 绪论 1

1.1 课题背景 1

1.2 视力保护器的现状 1

1.3 设计要求 2

2 总体方案设计 3

2.1 硬件设计 4

2.1.1 电源稳压电路设计 4

2.1.2 主控制模块 4

2.1.3 光照强度检测模块 4

2.1.4 报警提示模块 5

2.1.5 坐姿检测模块 5

2.1.6 显示模块 6

2.2 最终方案 6

3 硬件实现及单元电路设计 6

3.1 主控制模块 6

3.3.1 89c52单片机简介 7

3.2 电源电路设计 8

3.3 语音报警电路...................................................................................................9

3.3.1 WT588D芯片功能介绍...........................................................................9

3.4 按键电路.........................................................................................................10

3.5 光照强度检测电路 10

3.6 显示模块 11

3.7 超声波坐姿测距模块 11

3.7.1 超声波的基本特性 12

3.7.2 超声波的电器特性 14

3.7.3 超声波的工作原理 15

3.8 定时报警电路...................................................................................................16

4 系统软件设计方案 17

4.1 软件设计流程图 17

4.2 系统主程序流程图 18

4.3 各子程序流程图 19

5 系统的安装与调试 22

5.1 安装步骤 22

5.2 电路的调试 22

5.3 测试和结果分析 22

6 结论 24

参考文献 25

致谢 26

附录 27

多功能视力保护语音报警器

赖彬芳

，China

Abstract:This design with 89C52 MCU as the core control design a multifunction vision protection voice alarm. Its Software uses C language programming and hardware implements the ultrasonic ranging circuit, light intensity measurement circuit, timing alarm circuit and voice alarm circuit. The circuit is controlled via the 89C52 single chip machine , using ultrasonic sensor for ranging and photoresistance for metering light, the time function of SCM for timing, and through WTD588D voice chip alarm to realize the distance, the light intensity and the learning time of voice alarm prompt function so as to protect the eyesight of people.

Key words:MCU; ultrasonic; vision protection；voice

1 绪论

1.1 课题背景

如今，人们越来越依赖于手机，电脑等智能产品，随着使用时间的不断增加，人们的视力也因此受到了很大的影响。我国作为人口大国，其近视人数高达4亿，其中，随着青少年学习压力的不断增大，学习时间不断拉长，青少年的近视人数竟有2.7亿之多。     

我国近视发病率高达一半以上。其中，学生的问题尤为突出。学生群体的近视人数为世界首位，发病率也高达第二。调查表明，学生近视发病率高且每年增长约125度。因此，社会越来越关注儿童与青少年的视力预防。研究发现读写姿势不规范是学生近视的罪魁祸首。国家教委有明确规定学生的正确读写坐姿。随着课业压力不断增大，学生读书写字的时间越来越长，视力保护器的发明与普及迫在眉睫。

如今，青少年视力形势越来越严峻，越来越需要人们的外热切关注。某报道称，有一半以上的学生和家长缺乏视力保护意识，忽视保护视力的重要性和近视的严重性。并且，有将近一半的近视学生没有近视矫正，专业治疗机构也很少，从而造成视力问题越来越严重。因此，设计一款多功能视力保护语言报警器变得尤为重要。为了避免由读写姿势不正确所引起的近视、驼背等疾病的出现和发展，我们可以通过及时纠正不良的读写方式，用非医学的方式预防此类疾病的发生。在这个欢乐与悲伤并存的时代，我们在享受很多科技便利时，也同面临着很多悲哀。若不及时纠正，近视将成为人们挥之不去的阴影。

近视，作为一种尚未能够完全根治的普遍疾病，目前的激光切除手术虽然能一定程度上缓解近视，但实际上损害了人们的身心健康。于是，人们就一直通过镜片观察世界。既然治疗近视如此之难，我们为什么就不及时把“恶苗扼杀在摇篮里”呢？让不该发生的事不发生，防患与未然，不正是“预防医学”的核心理念吗？研究表明，正是由于学生因偷懒趴桌子写作业等不良的读写坐姿，使眼睛与书的距离太过小，引发近，视且很难纠正过来，成为恶习。

综上所述：为了及时防止因读写姿势不正确导致的近视及其他相关疾病，多功能视力保护语音报警器可以充分发挥其作用，预防人们近视，培养正确读写坐姿，让人们拥有良好的视力。

1.2 视力保护器的现状

目前，在国内外都有一些公司投入生产视力保护器。国内目前的研究现状是：名为“坐视宝”，当使用者坐姿不正确时，进行语音提示。国内还有生产一款坐姿矫正器，用于纠正读写姿势。总体上看，国内市场上的视力保护器存在着结构单一，功能不全，缺乏创新，不能很好满足人们需求等缺点。

国外，则更侧重于研究近视的原因，著名医学博士表明，平时多吃鱼和新鲜蔬菜可以保护视力，降低近视率。他们认为均衡搭配饮食，培养良好学习习惯，能有效的预防近视。

调查表明，人们几乎还不能买到可以完全满足需求的多功能视力保护器。目前已有的产品对视力影响因素考虑还不全面，功能比较单一化，不够人性化。目前已研发出以超声波技术为基础的视力保护器。此款视力保护器详细地研究了视力保护器的原理与设计。

在本设计中的视力保护器是依托超声波技术开发的，要达成能实现多功能视力保护语音报警。其中将视力保护器硬件部分的研究内容分为硬件设计和制作。在设计的过程中，是否能全面地保护视力是突出难题，并且还要合理准确地调试电路。

在硬件设计部分，依靠超声波技术研发的多功能保护视力电路给我在设计多功能视力保护语音报警器过程中提供了极大的便利和理论支持。

以超声波技术为基础的视力保护器，基于现有的实验条件，以完成多功能视力保护语音报警器的硬件开发设计为目标。将研究内容分为对视力保护器的硬件设计和硬件制作两个部分。研究过程中最大的难点，是如何更全面地进行视力保护和对成功调试硬件电路。该视力保护器经过市场考验，证明能良好运作，很方便地就能为用户提供视力保护功能。但也存在着一定局限，比如忽略了光线同样也能损害视力，缺少光线报警电路。

通过该设计的硬件的设计和理论的研究，为后期进一步完善多功能视力保护语音报警器提供了至关重要的理论与数据支撑。目前，人们对视力保护器还存在很大的需求，而视力保护器也才开始发展，潜力很大。并且已经有很多优秀的公司对此投入研究，可以相信，视力保护器一定能够蓬勃发展，保护人们的视力。

1.3 设计要求

本设计主要以单片机为核心控制电路，结合理论计算和实验验证。首先，是根据要实现的功能，进行各部分电路的设计。通过对比芯片性价比选择合适芯片，以及计算电阻、电容等元件相关参数，选择合适的元器件。其次是将各个部分电路整合，完成整体电路设计，并通过Keil等仿真软件对各部分电路进行仿真调试。其中，采用89c52单片机对电路进行控制，用超声波传感器进行测距，光敏电阻进行测光，单片机定时功能进行定时，并通过WTD588D语音芯片进行报警提示。设计完成的多功能视力保护语音报警器，需要实现以下功能：

1. 当超声波测到使用者身体到写字台的距离低于设定值时,报警提示电路将发出“距离太近，请坐直！”的语音提示，提醒用户调整距离；
2. 光照强度自动检测,当光线亮度低于下限值或高于上限值时，电路将发出“光线太强/光线太弱！”的语音提示，提醒用户调整光强；
3. 学习时间自动检测，当使学习达到设定值时,电路会发出“时间到了，休息一会！”的语音提示，提醒使用者休息片刻；
4. 光线测量报警电路的灵敏度可调；
5. 完成实物并实现相关功能。

2 总体方案设计

本系统的主控模块以STC89C52单片机为核心，光线测量电路由光敏电阻采集光线信号，经过AD转换出该信号的强弱。划分光线强度等级，确定光线过强或过弱时的报警等级。利用超声波传感器测得使用者到写字台的距离，当距离低于设定值时发出语音报警提示。利用单片机内部定时器计时，当学习时间达到设定值时，电路自动发出语音报警提示。WTD588D语音芯片进行语音报警提示功能。该系统设计总体思路框图如图1所示。

图1 系统总体方框图

2.1 硬件设计

2.1.1 电源稳压电路设计

关于系统的供电方式，我们考虑了如下2种方案。

方案1：

选用12V蓄电池稳压后进行供电。蓄电池虽然具有较强的电流驱动力，电压值输出稳定等优点。但对于本系统，它的体积过于庞大，不易替换，不利于视力保护器的普及。因此放弃此方案。

方案2：

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