青少年視力保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

青少年視力保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)V第1章緒論本章首先對研究背景及意義進(jìn)行了相關(guān)介紹，并對其國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了詳細(xì)的分析，從而得出本系統(tǒng)的研究內(nèi)容，最后詳細(xì)的介紹了本文的組織結(jié)構(gòu)。1.1研究目的及意義隨著時間的推移，中國學(xué)生的視力逐漸衰退，引起了人們對其視力狀況的擔(dān)憂。目前學(xué)校教育中仍然存在著對視力保護(hù)不力的問題。在此情形下，我們迫切需要研發(fā)一種能夠保護(hù)視力和糾正坐姿的系統(tǒng)。本文提出一個基于智能手機(jī)平臺的智能眼鏡系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案，它是一款能夠幫助用戶解決長時間看書和低頭看電子產(chǎn)品時出現(xiàn)的眼部不適問題的產(chǎn)品。通過創(chuàng)造適宜的學(xué)習(xí)環(huán)境，有效預(yù)防因長期沉迷于閱讀、寫作和觀看電子設(shè)備而引發(fā)的近視和駝背等健康問題。因此，本文提出了一個新概念——“視力保護(hù)”系統(tǒng)，其目的是幫助青少年提高視力。采用非醫(yī)學(xué)手段矯正坐姿，糾正不良習(xí)慣，以避免對眼部造成損傷。這將成為未來科技發(fā)展中的重要領(lǐng)域之一。目前，我國制造的視力保護(hù)或視力矯正裝置雖然功能簡單，但其作用范圍僅限于調(diào)整讀者眼睛與桌面之間的距離，無法提供更廣泛的視覺體驗(yàn)。大多數(shù)人都是在不注意保持姿勢時出現(xiàn)了視力下降現(xiàn)象。矯正視力的方法多種多樣，除了改變其他影響視力的因素外，國外也高度重視視力保護(hù)的研究，但對于近視的病因卻更加關(guān)注。由于缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和檢測設(shè)備，國內(nèi)沒有專門針對青少年學(xué)生的視力保護(hù)和姿態(tài)矯正系統(tǒng)。因此，在市場上，很少有具備多重功能的視覺保護(hù)和身材矯正系統(tǒng)。為了解決這一問題，本文設(shè)計(jì)了一款能夠在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)閱讀角度以適應(yīng)不同人群需求的視力保護(hù)器及一套具有針對性的姿態(tài)糾正訓(xùn)練設(shè)備。通過對現(xiàn)有視力保護(hù)器進(jìn)行深入分析，并綜合考慮眼距、坐姿、光照強(qiáng)度和用眼時間等多種因素對青少年視力的影響，我們提出了一種全新的視力保護(hù)和姿勢矯正系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由一個可調(diào)節(jié)角度的眼鏡及配套軟件組成。該系統(tǒng)可協(xié)助青少年合理運(yùn)用視覺器官，以避免近視所帶來的不良影響。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前，對于青少年視力保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，具備相當(dāng)?shù)膶?shí)際應(yīng)用價值。它能使學(xué)生能夠更早地掌握正確的姿勢和良好的習(xí)慣，從而達(dá)到預(yù)防近視、促進(jìn)生長發(fā)育的目的。當(dāng)前，青少年在學(xué)習(xí)過程中的坐姿問題日益凸顯，然而，借助青少年視力保護(hù)系統(tǒng)，我們可以有效地矯正這種不良坐姿，因此，國內(nèi)外都在積極探索相關(guān)研究。2021年，孫浩在《基于單片機(jī)的視力保護(hù)及身姿矯正系統(tǒng)設(shè)計(jì)》文中就提到，通過分析現(xiàn)有的視力保護(hù)器，并結(jié)合影響青少年視力的因素——用眼距離、坐姿、光線強(qiáng)度、用眼時間等提出了視力保護(hù)及身姿矯正系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。以實(shí)現(xiàn)對身體的保護(hù)和糾正。這一套系統(tǒng)能夠協(xié)助年輕一代更加科學(xué)地使用眼睛，有效預(yù)防近視的發(fā)生REF_Ref28196\r\h[4]。在《智能視力保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作》一文中，肖鍵、鄭昊、陳玉玲于2021年闡述了利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)傳感信號的采集和處理，從而實(shí)現(xiàn)了真人錄制語音和聲光報警的功能。經(jīng)實(shí)踐證明，該裝置具有顯著的提醒和警示功能，能夠有效地提醒人們注意安全問題。2019年胡景勤在《基于單片機(jī)的視力保護(hù)及身姿矯正系統(tǒng)設(shè)計(jì)》一文中講到用C語言編制程序，其中包括顯示，超聲波測距，光強(qiáng)檢測，記錄時間，語音報警和按鍵調(diào)光。通過使用該系統(tǒng)對不同年齡人群進(jìn)行測試。當(dāng)使用者距離書本較遠(yuǎn)、周圍環(huán)境的光照強(qiáng)度和學(xué)習(xí)時間超過預(yù)設(shè)的健康范圍時，系統(tǒng)會自動觸發(fā)距離、光強(qiáng)和定時等多種報警機(jī)制，以達(dá)到預(yù)防和保護(hù)視力的目的。2020年，ElectronicsBusinessJournal在《PatentIssuedforVisionProtectionMethodandSystem》文章中提到目前中國近視患者人數(shù)已多達(dá)6億，7～12歲小學(xué)生、13～15歲初中生、16～18歲高中生及19～22歲大學(xué)生，其視力不良率分別為45.7%、74.4%、83.3%和87.7%REF_Ref28196\r\h[11]。2020年，JournalofEngineering在《PatentIssuedforSittingPostureDetectionandReminderMechanismforaToilet》文中講到學(xué)生缺少自我保護(hù)意識，雖有家長和老師的監(jiān)督，但效果不夠明顯，不良的閱讀、寫字習(xí)慣一旦形成，青少年早早戴上眼鏡，對青??少年的生活會有一定的影響REF_Ref28196\r\h[15]。2021年,JoumalofEngineering在<PatentApplicationTitled"SittingPostureDetectionandReminderMechanismforaToilet"PublishedOnine》文中談智能視力保護(hù)系統(tǒng)主要由超聲波測距與光線檢測裝置組成，通過設(shè)定測試距離，實(shí)踐制作并調(diào)試。綜合國內(nèi)外發(fā)展情況不難看出，現(xiàn)在國內(nèi)外已經(jīng)逐漸出現(xiàn)了青少年視力保護(hù)軟件，本系統(tǒng)的優(yōu)勢在于可實(shí)現(xiàn)青少年的坐姿管理，可以及時的糾正青少年的不良坐姿，預(yù)防青少年的近視REF_Ref28261\r\h[3]。1.3主要研究內(nèi)容本系統(tǒng)主要是開發(fā)一款青少年視力保護(hù)系統(tǒng)。保護(hù)系統(tǒng)以單片機(jī)作整體核心，從學(xué)生視力保護(hù)的角度來看，提出了一種基于STC89C52單片機(jī)的視力保護(hù)和姿勢矯正系統(tǒng)，具有靈敏度檢測、距離監(jiān)測、參數(shù)設(shè)置、報警信號發(fā)出和模擬物理圖像生成等多種功能，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。硬件設(shè)計(jì)分為距離測量電路、光檢測電路、定時電路和語音報警電路。相關(guān)模塊包括超聲波遙測模塊、光檢測模塊、蜂鳴器報警模塊和相應(yīng)的按鈕模塊。能夠監(jiān)控學(xué)生眼睛與設(shè)計(jì)之間的距離、使用眼睛的時間和光強(qiáng)度是否過暗過強(qiáng)，并發(fā)出警報提醒；軟件設(shè)計(jì)以C語言為編程語言，用STC89C52單片機(jī)控制電路，從而更好的提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，為國家培養(yǎng)更多優(yōu)秀人才，推動社會科技發(fā)展，為持續(xù)開發(fā)和應(yīng)用提供了基本的知識和技術(shù)支持。該系統(tǒng)應(yīng)完成的主要功能有:1.語音報警；2.利用超聲波技術(shù)進(jìn)行距離測量，并通過按鍵設(shè)定報警距離；3.使用光敏電阻進(jìn)行測光，并通過按鍵設(shè)置光線的強(qiáng)度來發(fā)出警報；4.提供定時報警功能，按下按鍵以設(shè)定學(xué)習(xí)時間，并支持掉電保存功能；5.超聲波測到使用者身體（臉部）到寫字臺的距離低于設(shè)定值時，會語音提示“距離太近，請坐直”，提醒使用者及時調(diào)整座姿；6.學(xué)習(xí)環(huán)境光線自動檢測，當(dāng)光線亮度低于下限值或高于上限值都會語音提示“光線太暗”或“光線太強(qiáng)”，提醒用戶調(diào)整光強(qiáng)；7.學(xué)習(xí)時間自動檢測，當(dāng)學(xué)習(xí)時間達(dá)到45分鐘時會語音提示“時間到了，休息一會兒”，提醒使用者休息片刻；\o"添加到收藏夾"在文章的開頭，我們詳細(xì)探討了該系統(tǒng)的研發(fā)背景以及所采用的先進(jìn)技術(shù)。第二部分介紹了項(xiàng)目的總體設(shè)計(jì)方案以及各功能模塊的劃分。在文章的中間部分，詳細(xì)探討了該系統(tǒng)所需的功能和可行性的分析。在這一部分中主要闡述了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想以及數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法等方面的內(nèi)容。接著，詳細(xì)闡述了系統(tǒng)各個模塊的功能設(shè)計(jì)、編碼實(shí)現(xiàn)以及系統(tǒng)功能的全面測試。然后，描述了該系統(tǒng)軟件運(yùn)行環(huán)境的搭建情況以及數(shù)據(jù)的選擇和安裝配置過程。最終，對系統(tǒng)的整體研發(fā)進(jìn)程進(jìn)行了綜合概括。本論文在充分研究了國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)成果的基礎(chǔ)上，以項(xiàng)目開發(fā)為核心，對移動辦公業(yè)務(wù)中所涉及到的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用方法展開深入研究，提出并完成了一套完整的解決方案。以下是本文的組織架構(gòu)所呈現(xiàn)的框架：在第一章中，我們詳細(xì)探討了系統(tǒng)研發(fā)的目標(biāo)和重要性，并對其在國內(nèi)外的現(xiàn)狀進(jìn)行了深入分析，同時總結(jié)了存在的問題，并進(jìn)行了相應(yīng)的研究和改進(jìn)，最終提供了本文的組織結(jié)構(gòu)。在第二章中，我們將深入探討基礎(chǔ)系統(tǒng)技術(shù)和相關(guān)平臺，進(jìn)行更為全面深入的了解。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)得到了詳細(xì)的闡述，同時還介紹了單片機(jī)模型、傳感器技術(shù)以及各個模塊在設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用。第三章以需求分析、可行性分析和功能分析分析系統(tǒng)為核心，為第四章的設(shè)計(jì)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在第四章中，我們深入探討了軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，詳細(xì)闡述了整個系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。第五章詳細(xì)探討了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能測試的方法，對系統(tǒng)的各項(xiàng)功能進(jìn)行了全面的測試，并呈現(xiàn)了測試結(jié)果。第六章詳細(xì)探討了系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)的全過程，并對未來的發(fā)展進(jìn)行了展望。第2章系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)方案視覺保護(hù)和姿勢校正系統(tǒng)基于STC89C52的硬件和軟件設(shè)計(jì)?？紤]到設(shè)備的功能目的，硬件部分采用超聲波距離測試、光阻測量光線、語音報警等硬件模塊，軟件部分編寫程序控制相應(yīng)模塊。通過模擬和物理驗(yàn)證，系統(tǒng)可以提醒用戶調(diào)整座椅、照明光暗等功能，該設(shè)計(jì)性能完好，可以保護(hù)青少年的眼睛，具有很好的研究和市場推銷價值。設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用到的技術(shù)路線：（1）硬件部分需要單片機(jī)STC89C52、光照傳感器（2）軟件平臺程序用keil5；（3）畫原理圖用AD；（4）編程語言用C語言；（5）坐姿檢測信號顯示查看；實(shí)驗(yàn)方案：在理論知識準(zhǔn)備階段，通過深入研究課題所涉及的內(nèi)容，全面理解設(shè)計(jì)課題，從而熟練掌握相關(guān)知識；該語音單片機(jī)主要用于實(shí)現(xiàn)語音識別及相關(guān)處理，同時也可以與其他硬件進(jìn)行接口連接以完成對其外圍模塊或軟件部分的開發(fā)工作。第二步：明確系統(tǒng)的各個模塊，梳理它們之間的相互關(guān)系，搜集相關(guān)的軟硬件數(shù)據(jù)；了解本項(xiàng)目研究意義和技術(shù)特點(diǎn)。第三步：進(jìn)行課題規(guī)劃，明確系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，勾勒出整體系統(tǒng)的框架，并在此基礎(chǔ)上提出原理框圖；第四部分為系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和編寫。第四步：運(yùn)用軟件實(shí)現(xiàn)硬件電路部分的設(shè)計(jì)，并繪制出各個部分的電路圖，將系統(tǒng)部件通過接口電路集成在一起，并繪制出電路圖；第五步：在系統(tǒng)控制的過程中，完成軟件設(shè)計(jì)的各個環(huán)節(jié)，并繪制出主流程圖；第六步：對系統(tǒng)進(jìn)行仿真模擬，以驗(yàn)證其是否能夠滿足所需的控制功能要求，整理論文。2.2總體方案設(shè)計(jì)單片機(jī)可以作為保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，利用STC89C52系列單片機(jī)進(jìn)行制作，從而實(shí)現(xiàn)符合要求的保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本實(shí)用新型涉及一種用于汽車倒車防撞報警裝置的設(shè)計(jì)方案。該設(shè)備采用STC89C52型單片機(jī)作為核心，其功能電路包括蜂鳴器報警電路、光線強(qiáng)弱報警、定時電路、超聲波測距電路以及光敏電阻測光電路等核心電路，通過單片機(jī)的匯編語言，可以實(shí)現(xiàn)對各部分工作的精準(zhǔn)控制。該保護(hù)系統(tǒng)是一種集聲音和燈光信號檢測與處理于一體的新型智能安全防護(hù)裝置。該平臺的設(shè)計(jì)不僅包括STC89C52單機(jī)的單通道語音信號處理，還需要使用匯編語言進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。方案采用集成電路的開放式設(shè)計(jì)，利用電子元件之間的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)測距、測光、定時和報警的統(tǒng)一，具有更高的普及性和操作簡便性。2.3單片機(jī)型號選型STC89C52是基于STC89C52系列ARMCortex-M內(nèi)核開發(fā)的32位微控制器，具有64KB程序存儲器。它在運(yùn)行中要求電壓為2V~3.6V，環(huán)境溫度為-40°C到85°C。STC89C52系列單片機(jī)是從意法引進(jìn)的高性能、功能強(qiáng)系列單片機(jī)。這一系列單片機(jī)經(jīng)常應(yīng)用于需要低成本，高性能以及低功耗的嵌入式應(yīng)用程序中，它們在功耗以及集成上也表現(xiàn)出了很好的特性。因工具方便、結(jié)構(gòu)簡單、并集強(qiáng)大功能性于一身而風(fēng)靡行業(yè)。目前半導(dǎo)體生產(chǎn)企業(yè)眾多,STC89C52由意大利公司制造，可在ARMCortex-M內(nèi)核中研制，使之擁有32位控制器及64KB儲存空間。單片機(jī)工作時采用2伏特~3.6伏特電壓和-40攝氏度~85攝氏度溫度。該設(shè)備采用32位ARMCortex-MB結(jié)構(gòu)，支持7兆赫茲的工作頻率和125Hz的運(yùn)行頻率，通過周期法實(shí)現(xiàn)快速切斷。在運(yùn)行過程中，該設(shè)備具有約12個周期，存儲器可存儲256kb的數(shù)據(jù)，支持較大程序的運(yùn)行。此外，該設(shè)備還可在通訊中設(shè)置相應(yīng)的端口，用于配置網(wǎng)絡(luò)。在網(wǎng)絡(luò)的支持中，通過工作通訊模塊和網(wǎng)絡(luò)端口的連接，實(shí)現(xiàn)無線通信。2.4本章小結(jié)在本系統(tǒng)的研究中，使用先進(jìn)的開發(fā)技術(shù)，借助相應(yīng)的軟件進(jìn)行配合，并且介紹了總體的方案設(shè)計(jì)，以及單片機(jī)選型，可以實(shí)現(xiàn)其工作，在現(xiàn)在的各個行業(yè)中，都選擇采用先進(jìn)的、成熟的技術(shù)。采用這種設(shè)計(jì)理念可以豐富系統(tǒng)的功能和維護(hù)等。第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)一個基于STC89C52單片機(jī)的青少年視力保護(hù)系統(tǒng)，主要由STC89C52單片機(jī)，照度傳感器，光電傳感器，蜂鳴器報警模塊組成。系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為控制核心，完成具有超聲波測距，光敏電阻測光，蜂鳴器報警的功能設(shè)計(jì)。系統(tǒng)電路原理圖如下圖3-1所示。圖3-1系統(tǒng)電路原理圖3.2功能需求分析本節(jié)根據(jù)基于STC89C52單片機(jī)的青少年視力保護(hù)系統(tǒng)的特點(diǎn)，對項(xiàng)目市場需求進(jìn)行系統(tǒng)分析，包括經(jīng)濟(jì)分析、需求分析、可行性分析、功能分析等。通過系統(tǒng)功能模塊，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。在項(xiàng)目開發(fā)的初始階段，設(shè)計(jì)非常重視需求分析，這也是當(dāng)前系統(tǒng)最重要最需要重視的一部分。對于系統(tǒng)需求分析，首先實(shí)現(xiàn)功能模塊分析。并不是去分析其如何實(shí)現(xiàn)。對于本項(xiàng)目青少年視力保護(hù)系統(tǒng)，主要由四個功能模塊組成，分別是測距電路模塊、光感電路模塊、時間電路模塊和語音報警電路模塊。為了進(jìn)行可行性開發(fā)，該項(xiàng)目在技術(shù)、條件和運(yùn)行分析方面是可行的。分析的目的是分析分析后問題的價值，而不是分析后的問題。在系統(tǒng)問題中，有必要分析問題，解決現(xiàn)有問題，并確定是否有能力解決問題。采用STC89C52單片機(jī)，通過搭載了語音報警模塊、超聲波測距模塊、光敏電阻測定時電路模塊，在其中還設(shè)置了便于傳感器插入的端口，可以實(shí)現(xiàn)多種傳感器的連接，采用合理的接口模塊，使得系統(tǒng)在維護(hù)中，可以減少系統(tǒng)的維護(hù)資金。系統(tǒng)的特色。在系統(tǒng)的開發(fā)過程中，必須對系統(tǒng)的技術(shù)可行性進(jìn)行深入研究，以確定其是否具備實(shí)現(xiàn)的條件。它以其出色的性價比成為當(dāng)今嵌入式領(lǐng)域中最具潛力的產(chǎn)品之一。在該系統(tǒng)的開發(fā)過程中，在該系統(tǒng)的開發(fā)過程中，我們決定采用C語言進(jìn)行開發(fā)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和高效性。由于移動通信技術(shù)和嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)都是新興技術(shù)，所以在軟件開發(fā)時，應(yīng)該充分考慮到它們各自特點(diǎn)以及發(fā)展現(xiàn)狀等因素，從而選擇適合自己企業(yè)發(fā)展需求的方案。在條件允許的情況下，我們有可能對其功能進(jìn)行全面的分析，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的模塊，以實(shí)現(xiàn)與電腦模塊的無縫連接；同時也可根據(jù)不同用戶的需要，定制相關(guān)功能模塊，從而使整個系統(tǒng)具有較強(qiáng)的擴(kuò)展性和通用性。促進(jìn)移動設(shè)備與硬件設(shè)備之間的互動，以實(shí)現(xiàn)更高效的信息交流和共享，通過使用串口通信方式，將數(shù)據(jù)傳送至計(jì)算機(jī)端。該單片機(jī)采用了先進(jìn)的技術(shù)，具備強(qiáng)大的性能表現(xiàn)。在接口方面，它實(shí)現(xiàn)了多種接口的連接，從而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)各種功能的實(shí)現(xiàn)。該青少年視力保護(hù)系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)，是一款相對較小的開發(fā)下完成的系統(tǒng)，需要一定的時間和相對較低的成本。該系統(tǒng)主要由聲音檢測裝置、距離探測裝置、溫度測量裝置和數(shù)據(jù)存儲芯片組成。該系統(tǒng)采用了STC89C52單片機(jī)作為硬件設(shè)備，并搭載了語音報警模塊、超聲波測距模塊、光敏電阻測定時電路模塊，同時還設(shè)置了方便傳感器插入的端口，實(shí)現(xiàn)了多種傳感器的連接。此外，該系統(tǒng)還采用了合理的接口模塊，使得在維護(hù)過程中，系統(tǒng)能夠節(jié)省維護(hù)資金。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，充分考慮到用戶的使用習(xí)慣，為了使用戶的操作更加便捷簡單，我們采用了自動控制的方式，以適應(yīng)不同年齡段的用戶需求。通過對系統(tǒng)需求和目標(biāo)用戶需求進(jìn)行分析后，結(jié)合系統(tǒng)的實(shí)際使用場景以及操作習(xí)慣等方面對該系統(tǒng)的功能測試，確保能夠滿足實(shí)際應(yīng)用的要求，并為后續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。通過采用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)能夠滿足大眾日常需求，同時操作也變得更加便捷，這一方案在操作上具有可行性。系統(tǒng)的功能分析是對用戶所提出的具體功能需求進(jìn)行深入分析，以確定這些功能的合理性，并通過現(xiàn)有技術(shù)的應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)這些需求。由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不同，功能也各不相同，所以必須對其進(jìn)行全面細(xì)致的分析才能得到一個準(zhǔn)確可靠的結(jié)果。為了確保系統(tǒng)的完整性，必須進(jìn)行需求分析，因此，只有深入分析問題，才能使系統(tǒng)的完整性得到保障。對于系統(tǒng)的需求分析，我們可以根據(jù)用戶所需的功能進(jìn)行評估，以判斷其是否具備合理性，并確保所需技術(shù)得到滿足。通過對系統(tǒng)進(jìn)行功能設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，能夠保證系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)一定的功能性，并且還能提高系統(tǒng)可靠性。為了確保系統(tǒng)的完整性，必須對其需求進(jìn)行深入分析。通過對系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過程中，對相關(guān)技術(shù)以及應(yīng)用情況進(jìn)行全面了解。對其運(yùn)行進(jìn)行完善，并對其潛在問題進(jìn)行全面深入的分析。（1）硬件部分需要單片機(jī)STC89C52、光照傳感器（2）軟件平臺程序用keil5；（3）畫原理圖用AD；（4）編程語言用C語言；（5）坐姿檢測信號顯示查看；3.3系統(tǒng)主要功能模塊設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要完成以下個功能模塊設(shè)計(jì)組成：（1）語音報警；（2）利用超聲波技術(shù)進(jìn)行距離測量，并通過按鍵設(shè)定報警距離；（3）使用光敏電阻進(jìn)行測光，并通過按鍵設(shè)置光線的強(qiáng)弱來發(fā)出報警信號；（4）當(dāng)學(xué)習(xí)時間到達(dá)時，系統(tǒng)會自動發(fā)出警報，并通過按鍵設(shè)置時間，同時還具備掉電和保存功能；（5）當(dāng)超聲波測到使用者身體（臉部）到寫字臺的距離未達(dá)到設(shè)定值時，系統(tǒng)會自動發(fā)出提示，提醒使用者注意身體（臉部）到寫字臺的距離，提醒其保持坐姿端正，避免因距離過近而產(chǎn)生不適；（6）在學(xué)習(xí)環(huán)境中，當(dāng)光線的亮度超過上限值或低于下限值時，會發(fā)出語音提示用戶調(diào)整光強(qiáng)以避免光線過暗或過強(qiáng)的情況發(fā)生；（7）當(dāng)學(xué)習(xí)時間達(dá)到45分鐘時，系統(tǒng)會自動檢測并發(fā)出語音提示，提醒使用者在適當(dāng)?shù)臅r候休息片刻；系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如下：圖3-2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3.3.1語音報警功能模塊設(shè)計(jì)WT588D是一款集成了單片機(jī)核心的語音芯片，因此，可以將其命名為WT588D系列語音微控制器。其功能在于將外部光源所發(fā)出的光線轉(zhuǎn)化為電信號，以實(shí)現(xiàn)信息的傳遞和交流。該系統(tǒng)主要由聲音檢測裝置、距離探測裝置、溫度測量裝置和數(shù)據(jù)存儲芯片組成。WT588D系列語音芯片，是廣州唯創(chuàng)電子有限公司與臺灣華邦合作研發(fā)的一款集成了單片機(jī)和語音電路可編輯功能的高品質(zhì)語音體驗(yàn)產(chǎn)品，為用戶帶來無與倫比的使用體驗(yàn)。該系列語音芯片具有體積小、功耗低、可靠性高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，并能兼容各種型號的外圍設(shè)備。WT588D系列語音單片機(jī)以其卓越的多音質(zhì)、廣泛的應(yīng)用范圍和穩(wěn)定的性能，填補(bǔ)了以往各類語音芯片應(yīng)用領(lǐng)域狹小的缺陷，為用戶提供了MP3控制模式、按鍵控制模式、按鍵組合控制模式、并口控制模式、一線串口控制模式、三線串口控制模式以及三線串口控制控制端口擴(kuò)展輸出模式，使得用戶可以輕松將產(chǎn)品投放在幾乎可以想象的場所。它還具有良好的擴(kuò)展性和移植性，能滿足不同廠商、不同型號的語音系統(tǒng)要求。作為一款以語音為基礎(chǔ)的芯片，其音質(zhì)的追求可謂是精益求精，支持6K~22KHz采樣率的音頻加載，其獨(dú)特之處在于將加載的音頻音質(zhì)呈現(xiàn)得近乎完美，毫無瑕疵可言。此外，它還具有良好的人機(jī)界面，操作簡單方便。該語音單片機(jī)的強(qiáng)大和豐富的軟件資源，以及完善的外圍電路結(jié)構(gòu)，共同促成了這一切的實(shí)現(xiàn)。另外，通過對硬件電路進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，該系列語音單片機(jī)還具備多種外設(shè)接口功能，方便用戶根據(jù)不同需求選用相應(yīng)設(shè)備。利用WT588DvoiceChip軟件，WT588D系列語音單片機(jī)能得以輕松實(shí)現(xiàn)語音組合播放和插入，從而完美地營造出靜音的效果。它不僅有出色的語音識別功能，還擁有豐富的聲音處理算法，在各種復(fù)雜環(huán)境下能夠快速地進(jìn)行聲音文件轉(zhuǎn)換，從而使用戶享受到最自然、真實(shí)的音樂體驗(yàn)。該系列產(chǎn)品提供了豐富多彩的音樂選擇，同時還具備強(qiáng)大的音效調(diào)節(jié)能力，讓您的音樂體驗(yàn)更加出色。它能夠通過內(nèi)置音頻播放器來實(shí)時錄制并保存音頻文件。靜音時長的控制非常準(zhǔn)確，可控制語音地址位220處，每個地址位可裝載128種可組合語音。在不影響正常工作狀態(tài)下，通過對不同音頻進(jìn)行處理來達(dá)到更好的效果，同時支持手動或自動兩種操作方式。此外，該產(chǎn)品還具備智能調(diào)節(jié)音量大小和時間等功能，讓用戶可以更加靈活地享受其帶來的樂趣。該系列產(chǎn)品采用先進(jìn)的數(shù)字處理技術(shù)，使其聲音清晰自然。WT588D系列語音單片機(jī)模塊內(nèi)置SPI-FLASH存儲器，而WT588D系列語音單片機(jī)芯片則可根據(jù)實(shí)際使用情況外置SPI-FLASH存儲器，提供多種控制模式和語音組合，更換SPI-FLASH內(nèi)容即可實(shí)現(xiàn)完全的操作方式切換。通過對語音數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，將其轉(zhuǎn)換成文本形式并在屏幕上顯示出來。該系列產(chǎn)品具備多種語音功能，包括但不限于錄音、音樂播放等，為用戶提供全方位的語音體驗(yàn)。另外，該產(chǎn)品采用模塊化設(shè)計(jì)，具有豐富的擴(kuò)展接口，圖3-3蜂鳴器驅(qū)動電路圖3.3.2超聲波測距功能模塊設(shè)計(jì)該系統(tǒng)采用HC-SR04超聲波測距模塊，該模塊可提供接式距離感測工管測距精度高達(dá)2cm-400cm，因?yàn)槠涔ぷ髟砼c制動電路相同，可實(shí)現(xiàn)3mm以上的精度?；竟ぷ髟?該系統(tǒng)的基本運(yùn)作機(jī)制:（1）利用TRIG

IO口觸發(fā)距離測量，向至少10us的高電平信號展示；（2）該模塊會自動發(fā)送一組由8個40kHz的方波組成的波形，以檢測是否存在信號返回；（3）當(dāng)接收到信號后，通過IO口ECHO輸出一個高電平，該高電平持續(xù)時間即為超聲波從發(fā)射到返回所需的時間。測試距離=(高電平時間×聲速(340M／S))/2。VCC為5V電源，GND為地線，TRIG觸發(fā)控制信號輸入，ECHO回響信號輸出等4個接口端。這些接口端的功能是連接外部的負(fù)載或系統(tǒng)。您只要提供10uS及以上的脈沖觸發(fā)信號即可，模塊內(nèi)將會發(fā)出八個40kHz周期電平和探測回波。如果沒有接收到回波信號，那么它就會向系統(tǒng)發(fā)送一條包含時間信息和空間位置信息的回音信號。一旦探測到回波信號的存在，便會引發(fā)回聲信號的輸出?；匾粜盘栍苫芈曨l率和反射波之間的時間差確定。隨著距離的增加，回響信號的脈沖寬度呈現(xiàn)出與之成正比的變化趨勢。回聲頻率和所測系統(tǒng)中接收到的回音之間的關(guān)系是非線性的。通過計(jì)算從發(fā)射信號到接收的回聲信號之間的時間間隔，可以推算出距離公式:uS/58＝厘米或uS/148＝英寸；用以下兩個方法來測定頻率和發(fā)射功率?；蚴牵壕嚯x=高電平時間*聲速（340M/S）/2；在進(jìn)行音頻傳輸時，必須考慮到其輻射特性以及電磁干擾問題。建議測量周期大于60ms以防止發(fā)射信號對回響信號造成影響。1、為確保模塊的正常運(yùn)行，建議在連接前對模塊的GND端進(jìn)行帶電連接，以確保不會對模塊的正常運(yùn)行造成任何干擾。2、在進(jìn)行距離測量時，必須確保被測物體的表面積不少于0.5平方米，同時平面的平整度應(yīng)達(dá)到盡可能高的水平，以避免對測量結(jié)果造成不良影響圖3-4HC-SR04超聲波測距模塊原理圖3.3.3光敏電阻測光功能模塊設(shè)計(jì)它通過一個光敏電阻，與非門，發(fā)光二極管的配合，實(shí)現(xiàn)光線檢測的效果。光敏電阻器，一種利用半導(dǎo)體光電效應(yīng)制成的電阻器，其電阻值會隨著入射光線的強(qiáng)度而發(fā)生變化；當(dāng)電壓或電流值改變時，電阻器的阻值也會隨之變化。入射光較強(qiáng)時電阻降低，入射光較弱時電阻升高。當(dāng)光源發(fā)出的光線經(jīng)過光敏元件后產(chǎn)生電信號時，它將通過電路放大，使其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘栞敵鼋o集成電路，以達(dá)到自動控制光源亮度或時間等目的。光敏電阻器是一種廣泛應(yīng)用于光學(xué)測量、光學(xué)控制以及光電轉(zhuǎn)換的設(shè)備，其作用在于將光的變化轉(zhuǎn)化為電的變化。由于這種器件體積小、重量輕，所以在軍事上應(yīng)用很廣。一般而言，為了更有效地吸收光能，光敏電阻器通常采用薄片狀結(jié)構(gòu)。光敏電阻器是利用半導(dǎo)體材料的特性制作成的一種敏感器件。當(dāng)受到光線的照射時，會激發(fā)其中的電子一空穴對，從而參與導(dǎo)電過程，進(jìn)而增強(qiáng)電路中的電流。光敏電阻(photocell，一種被稱為光電池室photovoltaiccell的電阻器，通常采用硫化鎘、硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料制成，這些半導(dǎo)體材料具有獨(dú)特的光敏特性,它通過將光電流轉(zhuǎn)換成電信號來控制電壓輸出。這些制作材料呈現(xiàn)出在特定波長的光照射下，其電阻值以驚人的速度迅速衰減的特性。這種現(xiàn)象稱為光敏效應(yīng)，是一種非常重要的光電性質(zhì)。由于光照會導(dǎo)致載流子參與導(dǎo)電，并在外加電場的作用下發(fā)生漂移運(yùn)動，從而使電子向電源的正極和負(fù)極奔去，最終導(dǎo)致光敏電阻器的阻值急劇降低。在保持碳膜電阻或金屬膜電阻器溫度恒定、電壓和電流值限制在額定條件范圍內(nèi)的情況下，線性電阻器可用于模擬。如果你是一名業(yè)余無線電愛好者的話，可以用以下兩個方法來測定頻率和發(fā)射功率。若電阻器所受電壓或電流值超出規(guī)定值，則其將因過熱而違反歐姆定律，甚至可能遭到燒毀。因此，線性電阻是一種非常重要的電子電路元件。如圖1所示，線性電阻的操作電壓與電流之間呈現(xiàn)出一種密切的關(guān)聯(lián)。因此可以用非線性電阻器來模擬這種特性。電阻的種類繁多，包括但不限于碳膜電阻、金屬電阻、線繞電阻等，同時也涵蓋了固定電阻和可變電阻、光敏電阻、壓敏電阻、熱敏電阻等多種類型。這些不同類別的電阻在電路中起到了各自的作用，使整個電路系統(tǒng)更加完善和安全。無論電阻的種類如何，它都有一個最基本的字母“R”來表示”。電阻的定義為在一定溫度下具有相同電阻值的電介質(zhì)所組成的電路中導(dǎo)體兩端之間的電阻抗，即阻抗匹配度。電阻的度量單位以歐姆（Q）為單位。電阻的數(shù)值也就是電阻值。它包括Q（歐姆）,KQ（千歐）,MQ（兆歐）。它們分別代表電流、電壓或功率的大小和方向。其換算關(guān)系為:1MQ=1000KQ,1KQ=1000Q。電阻在生產(chǎn)和生活中應(yīng)用非常廣泛。電阻阻值的標(biāo)法一般采用有色環(huán)法和數(shù)字法。色環(huán)法是將已知電阻器和測量出的電阻值相組合來確定未知電阻的方法。色環(huán)法是一種廣泛應(yīng)用于一般電阻測試中的方法。數(shù)字法是在一個已知電阻值的表盤上用數(shù)字來表示電阻的大小和方向。由于手機(jī)電路的電阻通常較小，極少被標(biāo)為阻值，即使存在電阻，通常也用數(shù)字法計(jì)算，即:101-代表100歐姆；102——表示1K歐姆的電阻；103——表示10K歐姆的電阻；這幾種方法都是用電阻器來做實(shí)驗(yàn)的。104——表示100K歐姆的電阻；105——表示1M歐姆的電阻；106——表示10M歐姆的電阻。這就是我們平時所說的電位器。若一個電阻上標(biāo)223,，則該電阻是22K歐姆。這就是我們經(jīng)常見到的手機(jī)中用萬用表測量的電阻值。兩端呈現(xiàn)出閃閃發(fā)光的銀白色，而中間的大部分則呈現(xiàn)出深邃的黑色。電阻的大小和質(zhì)量對整個手機(jī)系統(tǒng)性能影響很大。通常情況下，使用萬用表可輕松判斷電阻的優(yōu)劣：將萬用表調(diào)整至適宜的電阻擋位，并將兩個表筆置于電阻兩端，即可從萬用表上獲取電阻阻值。如果用普通方法測量電阻時，要先把電阻固定住，然后再進(jìn)行測量。請注意，在進(jìn)行電阻測試時，請避免手部接觸到表筆上的金屬部分。因?yàn)樵谡Ｇ闆r下，由于導(dǎo)線與電阻之間存在一定間隙，所以不會有電流通過。然而，在實(shí)際的電路運(yùn)行過程中，電阻的損壞情況并不常見，除了極少數(shù)機(jī)型的電阻外。在焊接過程中，需要特別關(guān)注電阻是否存在虛焊或脫焊現(xiàn)象。第4章軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中，首先進(jìn)行了系統(tǒng)初始化，接著使用超聲波測距傳感器和光敏電阻測光傳感器實(shí)時采集敏感信號，并通過定時報警電路傳感器對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。當(dāng)數(shù)據(jù)超過閾值時，單片機(jī)會自動發(fā)出報警信號，并將其實(shí)時發(fā)送給上位機(jī)。圖4-1系統(tǒng)總體方案框圖4.1語音報警模塊系統(tǒng)設(shè)計(jì)WT588D是廣州唯創(chuàng)與臺灣華邦合作研發(fā)的一款語音芯片（單片機(jī)），其語音模塊選用了WT588D語音模塊，為用戶提供高質(zhì)量的語音體驗(yàn)。該語音模塊集成了音頻信號發(fā)生、放大等一系列電路，具有很好的集成度。WT588D作為一款多功能語音芯片，不僅可用于從片發(fā)聲，更因其I/O口多、帶有控制功能和外置FLASH存儲器而成為FLASH單片機(jī)的理想選擇；同時還可實(shí)現(xiàn)對各種信號進(jìn)行分析處理，具有很好的通用性。最為重要的是，可以直接將樣品投入掩膜中，而無需對管腳進(jìn)行任何修改，從而實(shí)現(xiàn)了價格的減半。在硬件設(shè)計(jì)上采用模塊化結(jié)構(gòu)，每個部分都有自己獨(dú)立的軟件編程接口，可根據(jù)需要進(jìn)行配置使用，也可以用其它方式實(shí)現(xiàn)不同的要求。WT588D呈現(xiàn)出卓越的性能表現(xiàn)，其簡單易用的特點(diǎn)使其與51單片機(jī)在性能方面具有驚人的相似之處。它可在不同場合下使用。在語音提示模塊中，當(dāng)視力保護(hù)器與人體距離小于預(yù)設(shè)距離時，語音播報會發(fā)出“距離近了，請坐直”的提示信息；而當(dāng)光強(qiáng)度值小于設(shè)定值時，語音播報會發(fā)出“光線暗了，調(diào)亮”的提示信息；當(dāng)學(xué)習(xí)時間達(dá)到設(shè)定值時，語音播報會發(fā)出“時間到了，休息一會兒”的提示信息”。在使用過程中，可根據(jù)需要隨時更換不同顏色或音調(diào)的提示音以適應(yīng)各種環(huán)境條件下的工作要求。WT588D是一款融合了單片機(jī)核心技術(shù)的語音芯片，其音質(zhì)卓越、控制靈活，同時還具備可播放MIDI和弦的功能，性能表現(xiàn)更為卓越。本設(shè)計(jì)中包括一個微處理器和一個用于對該處理器進(jìn)行供電的電源板。一種元器件，即揚(yáng)聲器，能夠?qū)㈦娦盘栟D(zhuǎn)化為聲音信號，并通過與語音芯片的連接，將聲音傳遞出去。WT588D的特性：1.外掛2M～32M的Flash，時間從32—1054秒。掩膜為內(nèi)置ROM，最長支持400秒（@6K采樣）。采樣率支持6K～22K2.DAC輸出：13Bit，PWM輸出：12Bit3.內(nèi)置0.5W功放，可直接推動0.5W/8Ω揚(yáng)聲器4.支持加載MP3/WAV/WMA三種音頻格式5.工作電壓：DC2.8V～5.5V6.靜態(tài)休眠電流：<10uA7.借助電腦軟件，可以自由組合語音，輕松插入靜音模式，該模式不會占用內(nèi)存容量，即使一個已加載的語音可以重復(fù)調(diào)用到多個地址，重復(fù)調(diào)用也不會占用任何空間，這是其他芯片所無法企及的8.支持在線下載/ISP下載的方式為USB，為用戶提供了一種便捷的下載方式9.可供選擇的控制方式包括MP3、按鍵、3×8矩陣、并口、一線、三線串口以及I/O口擴(kuò)展輸出模式10.經(jīng)過掩膜處理后，管腳的性能和音質(zhì)與之前完全一致，呈現(xiàn)出高度的一致性。不需要對電路進(jìn)行任何修改。FLASH無需進(jìn)行任何焊接操作11.最多可容納500個語音單元；210個可控制地址位，單地址位最多可以裝載128個語音，地址位語音組合播放；12、插入靜音時間范圍為10ms～25min；靜音并不占存儲空間；圖4-2語音報警模塊流程圖4.2超聲波測距模塊系統(tǒng)設(shè)計(jì)為了確定坐姿，該設(shè)備需要測量人臉與桌面之間的距離，一旦間隔未達(dá)到設(shè)定值，就會自動發(fā)出語音提示。該語音模塊集成了音頻信號發(fā)生、放大等一系列電路，具有很好的集成度。由于其強(qiáng)烈的方向性和遠(yuǎn)距離的空間傳播特性，超聲波被選作距離檢測oHC-SRO4模塊，這是一款非接觸式的距離檢測模塊，其性能穩(wěn)定，能夠高精度地測量2cm到450cm的距離。圖4-3超聲波測距模塊流程圖4.3光敏電阻測光模塊系統(tǒng)設(shè)計(jì)光敏電阻的主要參量涵蓋了亮電阻、暗電阻、光電特性、光譜特性、頻率特性以及溫度特性，這些參量共同構(gòu)成了光敏電阻的特性。光敏電阻又稱光敏器或半導(dǎo)體傳感器。其功能在于將外部光源所發(fā)出的光線轉(zhuǎn)化為電信號，以實(shí)現(xiàn)信息的傳遞和交流。光敏電阻具有靈敏度高、響應(yīng)速度快和穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。通過施加電壓于光敏電阻兩端的金屬電極之間，引發(fā)電流，隨著光強(qiáng)的增加，電流逐漸增大，最終實(shí)現(xiàn)了光電轉(zhuǎn)換。在實(shí)際應(yīng)用過程中，光敏電阻一般為單根導(dǎo)線構(gòu)成，其電阻值隨光照強(qiáng)度變化而改變，且呈周期性規(guī)律。在使用過程中，不存在任何具有極性的元素，僅限于電阻期間，因此可以采用直流或交流的方式來添加。圖4-4光敏電阻測光模塊流程圖4.4本章小結(jié)對系統(tǒng)的功能進(jìn)行分析，論述各個功能模塊的需求，對其中功能模塊的設(shè)計(jì)進(jìn)行流程化，可以使得系統(tǒng)具有完整性，可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，利于后期的系統(tǒng)開發(fā)，簡化后期的工作。第5章系統(tǒng)測試進(jìn)行系統(tǒng)的運(yùn)行前，需要先進(jìn)行功能的測試，在功能的測試中，判斷其是否可以實(shí)現(xiàn)需要的控制。在該章節(jié)中，完成功能測試、功能實(shí)用的介紹說明。進(jìn)行測試，也是系統(tǒng)開發(fā)主要的一個過程，可以對其中存在的問題進(jìn)行解決。5.1測試目的進(jìn)行軟件的測試，最主要是分析其系統(tǒng)存在的問題，可以對其中出現(xiàn)的問題進(jìn)行優(yōu)化，減少后期運(yùn)行的錯誤。在測試中，只有完成功能測試，才能使得軟件開發(fā)工作得到提高，使得系統(tǒng)具有完整性。進(jìn)行軟件的測試，是這個系統(tǒng)開發(fā)最主要的工作，盡可能的查找其存在的問題，解決其中問題。5.2測試原則進(jìn)行軟件的測試，需要根據(jù)以下要求，分別是：測試需要盡早的開始；測試需要考慮極端環(huán)境，比如測試環(huán)境值、邊界值；測試系統(tǒng)包含合理的輸入值；需要注意測試的情況。5.3元件功能測試在購買電路圖上的元件之前，必須對所購買的元件進(jìn)行仔細(xì)的檢查，以確保其完好無損。每個元件的檢驗(yàn)方法都是獨(dú)立的，需要認(rèn)真細(xì)致地執(zhí)行。對原理圖的一致性進(jìn)行仔細(xì)檢查，只有在檢查完畢后才能進(jìn)行上零件或焊零件的操作，以避免出現(xiàn)不正確的焊件而影響后續(xù)修改的便利性。在組裝時，按照說明書規(guī)定順序依次安裝各部分，使之符合設(shè)計(jì)圖紙。接著，對各個構(gòu)件進(jìn)行排列，并進(jìn)行焊接。焊接完畢之后還要檢查元器件有無損壞現(xiàn)象，有的話應(yīng)該更換新器件，否則就會影響到整個電路工作。在進(jìn)行部件擺放時，首先需要確保下層部件已經(jīng)焊接好，然后再對上層部件和那些要求較為嚴(yán)格的部件進(jìn)行焊接，以確保擺放位置的合理性。對于易損壞的元器件可以先采用手工焊或自動焊機(jī)進(jìn)行焊接。特別是易損元件要后焊處理，在集成芯片的焊接過程中持續(xù)時間不得大于10秒，并且要注意芯片的安裝方向。在單片機(jī)上下載Keil5編寫的程序進(jìn)行燒錄，以驗(yàn)證軟硬件的兼容性，確保系統(tǒng)能夠按照預(yù)期運(yùn)行，并特別關(guān)注其穩(wěn)定性和效率等方面。通過以上調(diào)試，該系統(tǒng)能夠滿足教學(xué)需求，并且具有一定實(shí)用價值。經(jīng)過程序結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，我們對系統(tǒng)進(jìn)行了上電運(yùn)行，以驗(yàn)證其各項(xiàng)功能，并提供了學(xué)生坐姿控制提醒。通過將硬件電路的功能與軟件設(shè)計(jì)相結(jié)合，并運(yùn)用Proteus軟件進(jìn)行仿真模擬，成功實(shí)現(xiàn)了視力保護(hù)及身姿矯正系統(tǒng)的多項(xiàng)指標(biāo)。5.4定時功能測試測試系統(tǒng)的定時功能，學(xué)習(xí)時間可以設(shè)置定時報警，通過按鍵能實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)時、分、秒的時間設(shè)置。按右邊調(diào)試按鍵進(jìn)入調(diào)試界面，并且設(shè)置時間，我們設(shè)置的學(xué)習(xí)時間為15秒。圖5-1定時功能設(shè)置閾值圖接著再按右邊調(diào)試按鈕退出調(diào)試界面回到初始狀態(tài)，此時設(shè)備為未開啟狀態(tài)。圖5-2初始狀態(tài)圖當(dāng)設(shè)備開始時，實(shí)際學(xué)習(xí)時間并沒有到達(dá)我們設(shè)計(jì)的時間閾值時，如下圖所示，設(shè)備上顯示的學(xué)習(xí)時間為4秒時，沒有超過15秒。該設(shè)備不會報警。圖5-3學(xué)習(xí)時間正常圖當(dāng)設(shè)備為開啟狀態(tài)時，實(shí)際學(xué)習(xí)時間已經(jīng)超過了我們設(shè)置的時間值時，如下圖所示，設(shè)備上的學(xué)習(xí)時間已經(jīng)為19秒，超過了我們規(guī)定的閾值。如圖5-4所示，該設(shè)備的語音報警模塊就會報警“時間到了，休息一會兒！”提醒我們避免用眼時間過長，保護(hù)用眼，而且會間斷性的提醒青少年。圖5-4超過學(xué)習(xí)時間圖5.5超聲波測距功能測試測試系統(tǒng)的測距功能，超過學(xué)習(xí)距離時報警，通過按鍵能實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)學(xué)習(xí)距離的設(shè)置。按右邊調(diào)試按鍵進(jìn)入調(diào)試界面，并且設(shè)置學(xué)習(xí)距離，我們設(shè)置的學(xué)習(xí)距離為25厘米。我們這里的學(xué)習(xí)距離指的是身體任意部分與超聲波測距模塊的距離。圖5-5超聲波測距設(shè)置閾值圖當(dāng)設(shè)備開啟時，實(shí)際學(xué)習(xí)距離為63厘米，沒有超過我們設(shè)置的距離值，如下圖5-6所示，該設(shè)備不會報警。圖5-6距離正常圖當(dāng)我們的身體與超聲波測距模塊的距離小于我們設(shè)置的25厘米，如下圖5-7所示，當(dāng)我們把手擋在測距模塊前時顯示屏上顯示的距離為3厘米。設(shè)計(jì)語音報警模塊就會語音報警“距離太近，請坐直！”，可以提醒我們需要注意用眼距離，避免因身體不正和用眼過近而傷害到眼睛。此功能也會間斷性提醒用眼者正確把控距離。圖5-7距離過近圖5.6光敏電阻測光功能測試測試系統(tǒng)的測光功能，通過按鍵能實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)學(xué)習(xí)距離的設(shè)置。按右邊調(diào)試按鍵進(jìn)入調(diào)試界面，設(shè)置光線強(qiáng)度閾值。如下圖5-8所示，我們設(shè)置的學(xué)習(xí)光線強(qiáng)度上限為9*30Lux，下限為9*20Lux光照強(qiáng)度。圖5-8測光設(shè)置閾值圖開啟設(shè)備，當(dāng)學(xué)習(xí)的光照強(qiáng)度太強(qiáng)時，如下圖所示，顯示屏上顯示的光照強(qiáng)度已經(jīng)達(dá)到了90*75Lux，超過了我們設(shè)置的光照強(qiáng)度閾值上限。此時設(shè)備的語音報警模塊會報警“光線太強(qiáng)！”可以提醒我們當(dāng)前學(xué)習(xí)環(huán)境光線太強(qiáng)，應(yīng)該把光線調(diào)暗。防止因過于刺眼，刺激到用眼者。圖5-9光線過強(qiáng)圖當(dāng)學(xué)習(xí)的光照強(qiáng)度太弱時，如下圖5-10所示，顯示屏為90*10Lux，低于了我們設(shè)置的光照強(qiáng)度閾值下限90*20Lux。此時設(shè)備的語音報警模塊會報警“光線太弱！”可以提醒我們當(dāng)前學(xué)習(xí)環(huán)境光線太弱，應(yīng)該把光線調(diào)亮。防止因光線太低，導(dǎo)致用眼者的用眼疲勞，從而傷害到眼睛。圖5-10光線過弱圖5.7本章小結(jié)在該章中，對系統(tǒng)的功能模塊進(jìn)行測試，對其獲得的測試進(jìn)行詳細(xì)的記錄，并且進(jìn)行分析，可以使得系統(tǒng)具有正常運(yùn)行的特性，在模塊控制中，通過正常的使用，可以符合要求，使得該系統(tǒng)通過測試，從而得到更好的結(jié)果。保定理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)第6章總結(jié)與展望該章節(jié)對系統(tǒng)的開發(fā)進(jìn)行詳細(xì)的敘述，并且對系統(tǒng)完成后進(jìn)行反饋，書寫此次系統(tǒng)的心得體會，在這個系統(tǒng)的開發(fā)中，經(jīng)過詳細(xì)的操作，使得我收獲到了許多。先做以下總結(jié)與展望。6.1總結(jié)通過幾個月的不懈堅(jiān)持，使得本次設(shè)計(jì)得以完成。經(jīng)驗(yàn)表明，低成本硬件需要獲得更好的算法程序軟件處理器，因?yàn)檫@個項(xiàng)目不同時，系統(tǒng)需要使用超聲波測距傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，因此這個程序必須仔細(xì)閱讀，主要因?yàn)槌暡y距傳感器的存在，使得此程序的編寫難度較大也容易出現(xiàn)系統(tǒng)漏洞。通過完成撰寫此論文，我認(rèn)識了新的硬件和軟件，在實(shí)際應(yīng)用之前的實(shí)用知識的系統(tǒng)和集成，這些知識是都是我慢慢調(diào)試系統(tǒng)和撰寫論文中學(xué)到的，一個可以發(fā)展的系統(tǒng)，完整的系統(tǒng)，以及未來的工作成果。6.2展望在青少年視力保護(hù)系統(tǒng)中，由于時間和個人技能的限制，仍存在一些尚未成熟的問題和想法。希望通過本次學(xué)習(xí)和實(shí)踐能夠讓我們對視力保護(hù)有更多了解，并能在以后工作過程中使其不斷完善和發(fā)展。我將持續(xù)不斷地汲取專業(yè)知識，不斷提升自身的專業(yè)素養(yǎng)，不斷完善和優(yōu)化系統(tǒng)，以使其更加貼近我們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷妗？梢詾轭A(yù)防青少年的近視貢獻(xiàn)一份力量。也為視力保護(hù)領(lǐng)域做出貢獻(xiàn)。參考文獻(xiàn)[1]羅文渙;鄢艷紅.基于51單片機(jī)的自動化視力保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[P].2021.[2]壽子凱;朱媛.服務(wù)設(shè)計(jì)理念下青少年視力保護(hù)產(chǎn)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//調(diào)用單片機(jī)頭文件#defineucharunsignedchar//無符號字符型宏定義 變量范圍0~255#defineuintunsignedint //無符號整型宏定義 變量范圍0~65535#include<intrins.h>sbitCS=P1^4; //CS定義為P1口的第4位腳，連接ADC0832CS腳sbitCLK=P1^5; //CLK定義為P1口的第5位腳，連接ADC0832CLK腳sbitDODI=P1^6; //DODI定義為P1口的第6位腳，連接ADC0832DODI腳//這三個引腳參考資料sbitrs=P1^0; //1602數(shù)據(jù)/命令選擇引腳H:數(shù)據(jù) L:命令sbitrw=P1^1; //1602讀寫引腳 H:數(shù)據(jù)寄存器 L:指令寄存器sbite=P1^2; //1602使能引腳下降沿觸發(fā)sbitc_send=P3^2; //超聲波發(fā)射IO口sbitc_recive=P3^3; //超聲波接收IO口longdistance; //距離uintset_d; //報警距離變量bitflag_csb_juli;//超聲波超出量程uintflag_time0;//用來保存定時器0的時候的bitflag_300ms=1; //300毫秒的變量ucharguangxian;//光線的顯示變量ucharqiang_gx; //設(shè)置光線的上限報警值ucharruo_gx; //設(shè)置光線的下限報警值ucharmiao=0,fen=0,shi; //學(xué)習(xí)時間變量uchars_miao=0,s_fen=44,s_shi=0;//設(shè)置的學(xué)習(xí)時間bitxuexi_start;//開始學(xué)習(xí)標(biāo)志位ucharmenu_1; //菜單設(shè)置變量設(shè)置不同的參數(shù)有的變量uchari;/***********************語音模塊控制IO口的定義************************/sbitVRST=P2^4; //復(fù)位腳sbitVBUSY=P2^0; //忙腳sbitVDATA=P2^1; //數(shù)據(jù)輸入腳sbitVCS=P2^2;//片選腳sbitVCLK=P2^3; //時鐘腳sbitkey1=P3^7; //按鍵IO口定義sbitkey2=P3^6; //按鍵IO口定義sbitkey3=P3^5; //按鍵IO口定義/***********************1ms延時函數(shù)*****************************/voiddelay_1ms(uintq){ uinti,j; for(i=0;i<q;i++) for(j=0;j<120;j++);}/*********************************************************************名稱:delay()*功能:延時,延時時間大概為5US。*輸入:無*輸出:無***********************************************************************/voiddelay_uint(uintq){ while(q--);}/*********************************************************************名稱:write_com(ucharcom)*功能:1602命令函數(shù)*輸入:輸入的命令值*輸出:無***********************************************************************/voidwrite_com(ucharcom){ rs=0; //寫命令 rw=0; //對1602寫操作 P0=com; //P0口對1602寫命令數(shù)據(jù) delay_uint(25); e=1; //e=1使能信號 delay_uint(100);//延時一下等1602完成操作 e=0;}/*********************************************************************名稱:write_data(uchardat)*功能:1602寫數(shù)據(jù)函數(shù)*輸入:需要寫入1602的數(shù)據(jù)*輸出:無***********************************************************************/voidwrite_data(uchardat){ rs=1; //寫數(shù)據(jù) rw=0; //對1602寫操作 P0=dat; //P0口對1602寫數(shù)據(jù) delay_uint(25); e=1; //e=1使能信號 delay_uint(100);//延時一下等1602完成操作 e=0;}/***********************lcd1602上顯示兩位十進(jìn)制數(shù)************************/voidwrite_lcd2(ucharhang,ucharadd,uchardate){ if(hang==1) write_com(0x80+add); //寫1602第一行的地址 else write_com(0x80+0x40+add);//寫1602第二行的地址 write_data(0x30+date/10%10); //顯示十位數(shù) write_data(0x30+date%10); //顯示個位數(shù)}/***********************lcd1602上顯示超聲波距離************************/voidwrite_lcd_csb(ucharhang,ucharadd,uintdate){ if(hang==1) write_com(0x80+add); //1602寫第一行的地址 else write_com(0x80+0x40+add);//1602寫第二行的地址 write_data(0x30+date/100%10);//顯示百位數(shù) write_data('.'); //顯示小數(shù)點(diǎn) write_data(0x30+date/10%10); //顯示十位數(shù) write_data(0x30+date%10); //顯示個位數(shù)}/*********************************************************************名稱:write_string(ucharhang,ucharlie,uchar*p)*功能:改變液晶中某位的值，如果要讓第一行，第五個字符開始顯示"abcdef"，調(diào)用該函數(shù)如下 write_string(1,5,"abcdef;")*輸入:行，列，需要輸入1602的數(shù)據(jù)*輸出:無***********************************************************************/voidwrite_string(ucharhang,ucharadd,uchar*p){ if(hang==1) write_com(0x80+add); //1602寫第一行的地址 else write_com(0x80+0x40+add);//1602寫第二行的地址 while(1) { if(*p=='\0')break; //\0字符串的結(jié)尾標(biāo)志break結(jié)束while循環(huán)結(jié)束寫字符 write_data(*p); //寫數(shù)據(jù) p++; //指針地址加1 } }/*********************************************************************名稱:init_1602()*功能:1602初始化，請參考1602的資料*輸入:無*輸出:無***********************************************************************/voidinit_1602(){ write_com(0x38);//顯示模式設(shè)置：16×2顯示，5×7點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)接口不檢測忙信號 write_com(0x0c);//開顯示不顯示光標(biāo) write_com(0x06);//當(dāng)寫一個字符是，地址指針加1 write_string(1,0,"csb: mgx:"); //初始化1602液晶顯示 write_string(2,0,"::"); //初始化1602液晶顯示}/********************獨(dú)立按鍵程序*****************/ucharkey_can; //按鍵值voidkey() //獨(dú)立按鍵程序{ if(key1==0||key2==0||key3==0) //有按鍵按下 { delay_1ms(1); //按鍵延時消抖動 if(key1==0) //確認(rèn)是按鍵按下 key_can=1; //得到按鍵值 if(key2==0) //確認(rèn)是按鍵按下 key_can=2; //得到按鍵值 if(key3==0) //確認(rèn)是按鍵按下 key_can=3; //得到按鍵值 }}/***********讀數(shù)模轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)***************/ //請先了解ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換的串行協(xié)議，再來讀本函數(shù)，主要是對應(yīng)時序圖來理解，本函數(shù)是模擬0832的串行協(xié)議進(jìn)行的unsignedcharad0832read(bitSGL,bitODD){ unsignedchari=0,value=0; CLK=0; DODI=1; CS=0; //開始 CLK=1; //第一個上升沿 CLK=0; DODI=ODD; //通道選擇 CLK=1; //第二個上升沿 CLK=0; DODI=SGL; //通道選擇 for(i=0;i<8;i++) { CLK=1;//下降沿接收數(shù)據(jù) value<<=1; //8位的數(shù)據(jù)高位在前 CLK=0; if(DODI==1) //如果DO為1 value++;//8位的數(shù)據(jù)低位置1 } returnvalue; //返回0832采集到的數(shù)據(jù)}/*********************小延時函數(shù)*****************************/voiddelay(){ _nop_(); //執(zhí)行一條_nop_()指令就是1us _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();}/*********************超聲波測距程序*****************************/voidsend_wave(){ c_send=1; //10us的高電平觸發(fā) delay(); c_send=0; while(c_recive==0); //當(dāng)c_recive為零時等待 TR0=1; flag_csb_juli=0; TH0=0;TL0=0;//定時器清零 while(c_recive==1) //當(dāng)c_recive為1計(jì)數(shù)并等待 { flag_time0=TH0*256+TL0; flag_csb_juli=1; } if(flag_csb_juli==1) { TR0=0; //關(guān)定時器0定時 distance=flag_time0; //讀出定時器0的時間 distance*=0.017;//0.017=340M/2=170M=0.017M算出來是米 }}/*********************定時器0、定時器1初始化******************/voidtime_init() { EA=1; //開總中斷 TMOD=0X11; //定時器0、定時器1工作方式1 ET0=0; //關(guān)定時器0中斷 TR0=1; //允許定時器0定時 ET1=1; //開定時器1中斷 TR1=1; //允許定時器1定時 TH1=0x3c; TL1=0xb0;//50ms}/*******************按鍵執(zhí)行函數(shù)******************/voidkey_with(){ if(menu_1==0) { if(key_can==2) //開始暫停學(xué)習(xí)鍵 { xuexi_start=~xuexi_start; } if(key_can==3)//開始學(xué)習(xí)鍵 { xuexi_start=1;//開始學(xué)習(xí) miao=0; //秒清0 fen=0; //分清0 shi=0; //時清0 } } if(key_can==1) { menu_1++; if(menu_1==1) { write_string(1,0,"1.xsb:m"); write_string(2,0,"2.::"); write_lcd_csb(1,6,set_d); // 顯示設(shè)置的報警距離 write_lcd2(1,3,s_shi); // 顯示時 write_lcd2(1,6,s_fen); // 顯示分 write_lcd2(1,9,s_miao); // 顯示秒 } if(menu_1==5) { write_string(1,0,"3.H-gx:%"); write_string(2,0,"4.L-gx:%"); write_lcd2(1,7,qiang_gx); //顯示光線上限報警值 write_lcd2(2,7,ruo_gx); //顯示光線下限報警值 } if(menu_1>6) { menu_1=0; //menu_1=0是在正常顯示界面下 init_1602();//lcd1602初始化顯示 } } if(menu_1==1)//設(shè)置超聲波報警值 { if(key_can==2)//加鍵 { set_d++; //設(shè)置超聲波報警值加1 if(set_d>=200) set_d=200; } if(key_can==3)//減鍵 { set_d--; //設(shè)置超聲波報警值減1 if(set_d<=10) set_d=10; } write_lcd_csb(1,6,set_d); //顯示設(shè)置超聲波報警值 write_com(0x80+5); //將光標(biāo)移動到第1行第5位 write_com(0x0f);//顯示光標(biāo)并且閃爍 } if(menu_1==2)//設(shè)置時鐘參數(shù) { if(key_can==2)//加鍵 { s_shi++; //設(shè)置時鐘加1 if(s_shi>=24) s_shi=0; } if(key_can==3)//減鍵 { if(s_shi<=0) s_shi=24; s_shi--; //設(shè)置時鐘減1 } write_lcd2(2,3,s_shi); // 顯示時 write_lcd2(2,6,s_fen); // 顯示分 write_lcd2(2,9,s_miao); // 顯示秒 write_com(0x80+0x40+3);//將光標(biāo)移動到第2行第3位 write_com(0x0f);//顯示光標(biāo)并且閃爍 } if(menu_1==3)//設(shè)置分鐘參數(shù) { if(key_can==2)//加鍵 { s_fen++; //設(shè)置分鐘加1 if(s_fen>=60) s_fen=0; } if(key_can==3)//減鍵 { if(s_fen<=0) s_fen=60; s_fen--; //設(shè)置分鐘減1 } write_lcd2(2,3,s_shi); // 顯示時 write_lcd2(2,6,s_fen); // 顯示分 write_lcd2(2,9,s_miao); // 顯示秒 write_com(0x80+0x40+6);//將光標(biāo)移動到第2行第6位 write_com(0x0f);//顯示光標(biāo)并且閃爍 } if(menu_1==4)//設(shè)置秒鐘參數(shù) { if(key_can==2)//加鍵 { s_miao++; //設(shè)置秒加1 if(s_miao>=60) s_miao=0; } if(key_can==3)//減鍵 { if(s_miao<=0) s_miao=60; s_miao--; //設(shè)置秒減1 } write_lcd2(2,3,s_shi); // 顯示時 write_lcd2(2,6,s_fen); // 顯示分 write_lcd2(2,9,s_miao); // 顯示秒 write_com(0x80+0x40+9);//將光標(biāo)移動到第2行第9位 write_com(0x0f);//顯示光標(biāo)并且閃爍 } if(menu_1==5) //設(shè)置光線上限報警值 { if(key_can==2)//加鍵 { qiang_gx++; //設(shè)置光線上限報警值加1 if(qiang_gx>=99) qiang_gx=99; } if(key_can==3)//減鍵 { qiang_gx-