论文总字数：18897字

目 录

1 引言 1

1.1 选题背景 1

1.2视力保护器的现状 1

1.3本文的主要内容 2

2系统设计 2

3硬件设计 3

3.1 主控单元 4

3.1.1 STM32单片机 4

3.1.2 STM32最小系统 5

3.1.3 STM32的定时器中断 7

3.2 超声波测距单元 8

3.2.1单元工作原理 8

3.2.2 HC-SR04单元 9

3.2.3 HC-SR04单元参数 10

3.3光强检测单元 10

3.3.1 光强检测单元原理 10

3.3.2 光敏单元简介 11

3.4蜂鸣器报警单元 11

3.5 OLED显示单元 12

3.5.1 OLED显示单元原理 12

3.5.2 OLED单元简介 13

3.5.3 OLED单元特点 13

4 软件设计 14

4.1主程序流程

4.2软件主要子程序介绍

4.2.1超声波单元驱动程序

4.2.2 OLED显示单元程序

4.2.3中断定时程序

5 调试 18

5.1 系统组装过程 18

5.2调试 19

6结论 20

参考文献： 21

致谢 22

附录 23

基于STM32的视力保护器

俞逸菲

, China

Abstract: A vision protection system based on STM32 is designed in this paper according to the present situation of young people more and more serious problem of myopia. This system takes the monolithic computer as the control core and uses the modular design method. The system is composed of ultrasonic ranging module, light intensity detection module, timing module, sound and light alarm module, liquid crystal display module and the main control module which uses STM32 embedded processor. In the system HC-SR04 is adopted to carry on the distance measure and the warning is sent out according to the survey result; The voltage signal of the photosensitive resistance is converted into digital signal by the STM32 processor, and the warning signal is issued when the light is too strong or too dim; STM32 processor uses the timer system to control the learning time, and the warning signal is issued when the learning time is too long. The information is displayed on the OLED display finally. This system combines the hardware and software design to achieve visual protection function, which has simple and compact structure, high sensitivity.

Key words: STM32; photosensitive resistance; Ultrasonic module; OLED; Vision protection

1 引言

1.1 选题背景

随着时代的进步，教育水平的进一步提高，广大中小学生也面临着越来越大的学习压力。未成熟的心理状态导致中小学生自我约束能力弱，繁忙的工作使得家长和老师不能经常陪伴左右加以指正，这些都促成了青少年不良的阅读写字习惯的养成，日复一日的恶性循环，许多学生过早的架上眼镜，这不仅给孩子的生活带来巨大不便，而且在孩子的心理上留下深刻的阴影。目前，青少年近视问题已经成为焦点，引起了国内外很多相关部门的关注，许多部门都致力于解决办法的研究。据资料统计小学生近视率将近26.93%，初中生约53.46%，高中生72.81%，大学生超过77.98%，情况非常不容乐观。调查还显示很多学生及家长缺乏最基本的视力保健科普知识，因而导致许多已经假性近视的学生并未采取任何措施矫正，同时国内也缺乏专业的治疗机构为近视的青少年提供帮助。介于上述情况，对此我们进行了多功能视力保护器的研究设计。此系统营造了良好的读写环境，让使用者以科学的读写姿势进行学习，避免了因长期读写姿势不当而导致的各种身体畸形，如近视、驼背、脊柱侧弯、斜视、颈椎病等，通过非医药的手段，协助学习任务繁重的中小学生养成了良好的读写习惯，有益于他们未来的身体健康。近视已成为现代人的通病，没有办法根除，目前流行的激光矫正手术也可能会给人眼带来许多无可预料的伤害。所以保护视力是青年一代的当务之急，本课题针对此问题进行了探究。

我国近视眼人数高居全球第一，也是世界上近视率最高的国家，据统计，近视很有可能导致眼盲，因近视而眼盲的人数居于第三位，仅次于白内障，青光眼。中国学生视力现状不容乐观，所以应对视力保护方面加强重视，推广视力保护器的生产以及应用。

1.2视力保护器的现状

现在很多国内外企业都致力于视力保护器的设计开发与生产，根据设计基本原理可以将这些视力保护器划分为三类：支架式、电子平衡式、测距式。我国目前也开发出了很多不同种类的视力保护器，例如：广东向鼎公司生产的“金太子”牌视力保护器，当使用者姿势不正确时，该产品会发出提醒，纠正使用者的姿势。此外，有一款在网上热卖的“四个一”多功能视力保护器，号称国内唯一达到国度教委、卫生部提出的“四个一”规范的专利品牌视力保护器得到了相关机构的大力支持，同时也可以纠正看书写字的不良坐姿，达到规避身体伤害的作用。新疆的某科技有限公司还为学生专门生产了“学生1.5视力保护器”，又名坐视宝，这款产品能有效的对学生的不良读写姿势进行提醒，还能控制时间，不让学生过度劳累。虽然很多产品已经问世，不过从总体来看，许多由国内企业生产的视力保护器功能单一，外观雷同，没有创新，不能满足国人的个性化追求。市场上现在也有很多视力保护器依据超声波技术为主要理论，具体针对视力保护器的理论和硬件设计做出了研究方案。基于实验室现有的硬件平台的研究主要分为两部分对硬件进行设计，有关硬件设计部分，超声波接收头的调制以及声光提示控制电路两方面都具有较大的研究价值。实践证明虽然该视力保护器方案可行且可靠，操作简单但也存在不足之处，例如没有光线强度报警的设置，光线太强太弱也会对学生的视力造成伤害。另一方面，国外研究也对视力保护很有兴趣，特别是关于近视形成理论以及预防措施的探究。美国德克萨斯州大学西南医学中心的何于光博士表示，鱼和新鲜蔬菜中含有的元素能够保护视力，降低近视发生的可能性。视力保护可以通过合理的饮食搭配，营养元素的摄入以及正确的学习习惯达成目标。所以设计一款多功能多角度的视力保护器成为国内外学者的共同目标。

通过调查，机械平衡式坐姿矫正器应用最为广泛，占据了大部分的现有电子视力保护产品以及视力坐姿矫正器市场，比如平衡式防瞌睡报警器、背背佳身姿矫正器、支架式坐姿矫正器等等在市场上都十分畅销。这些产品借用外力对身姿进行纠正，对身体存在伤害的仪器佩戴者使用时也会有不舒服的感觉，甚至会导致呼吸不畅，身体僵硬，长时间肌肉紧张等不良效果，所以还是需要进行功能改造。还有一个限制性因素是这种产品可能会让人产生依赖心理，一旦不使用，读书学习的姿势又会恢复成原状，只能通过长时间的强力纠正来改变。 本产品将电子学、物理学、人体工程学相结合，本着人机交互和以人为本的理念和原则进行智能调控。主要功能是随时提醒读写者挺直腰背，以良好的坐姿书写，养成正确的读写习惯，从而达到不仅能矫正视力，防止近视问题日益加剧，而且能预防驼背、脊椎弯曲等疾病，有效的保护学生的身心健康的设计目的。

1.3本文的主要内容

本文采用STM32设计了一个视力保护器，对视力保护器的设计背景，硬件软件结构，调试过程分别作了阐释。包括以下章节：

第一章：介绍了视力保护器的研究背景以及国内外对视力保护器的研究现状。

1. ：对本系统的总体结构框架进行了简介。
2. ：介绍了本系统的硬件设计，采用模块化设计方式，分别对主控模块、超声波模块、蜂鸣器报警模块、光敏测试模块，OLED模块进行介绍。
3. ：描述了该系统的软件部分，先给出了系统的总体软件运行流程，接着分别对各部分的软件编程思路进行了解析，并给出了相关的子程序。
4. ：介绍了该系统的操作及调试方法，并展示了结果。
5. ：对本系统进行了总结与归纳。

2系统设计

本论文以单片机STM32为控制核心设计了的一款多功能视力保护器系统。包括光敏传感器模块，超声波测距模块，蜂鸣器报警模块，OLED显示模块^[1]。利用光敏电阻特性实现光强检测；根据对超声波的发射接收时间差估算距离；利用单片机的中断定时器进行计时；对结果进行检测，当光线过暗、距离过近、时间过长时，通过蜂鸣器报警；同时使用OLED对光强距离时间等因素进行显示。设计电路时，对于电阻电容等常用元器件先进行参数计算后再选择，完成了硬件电路的设计与组装；然后进行软件部分设计，编写程序代码；最后把所设计模块综合，对所设计的视力保护器进行仿真与调试。具备的一些功能如下：

（1）当使用者脸部与桌面之间的距离小于一定距离时，电路将发出声音提示，显示屏距离项显示CLOSE；

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