基于单片机的视力保护器设计

接线图如图3所示。

2.4 电源接口电路模块设计

本设计采用3节1.5 V电池串联供电，电池盒和自锁开关串联可以方便电路的通断。电源接口电路接线图如图4所示。

2.5 按键电路模块设计

本设计用按键设置学习时间、光线强弱界限以及报警距离。按键电路接线图如图5所示。其中S4为设置键，S3为开始学习键和设定值的加键，S2为时间清零键和设定值的减键。当某键按下时，低电平有效。

2.6 超声波测距模块设计

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播速度不同，在通过两种不同介质时，在介质表面会发生反射、折射现象，超声波在传播过程中有一定的衰减。超声波在空气中衰减较快，频率越高，衰减越快，故在空气中传播时采用频率较低的超声波40 kHz。

2.6.2 超声波测距原理

本设计利用超声波遇到障碍物发生反射的特性，采用往返时间检测的方法进行测距，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，超声波在空气中传播遇到障碍物就立即反射回来，计算出超声波在空气中传播的往返时间t，超声波在空气中传播的速度为：340 m/s。利用如下公式(1)便可知超声波探头距障碍物的距离S。

S=vt/2 (1)

2.6.3 HC—SRO4超声波测距模块

本设计采用HC—SRO4超声波测距模块测量人的脸部离书籍的距离。该模块测距范围为2～400 cm，测距精度高达3 mm;模块由超声波发射器，超声波接收器，控制电路组成，其中发射器发射超声波信号用来作为距离的采样信号，接收器接收所发射的信号。

HC—SRO4超声波测距模块采用I/O口TIRG触发测距，给TIRG最少10 s的高电平，这时模块自动发送8个40 kHz的方波，自动检测是否有信号返回，如果有信号返回，则通过I/O口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间便是超声波从发射到返回的时间，测试距离=(高电平时间*340 m/s)/2。HC—SRO4超声波测距模块的引脚图如图7所示。其中VCC接电源，GND接地，TIRG为触发控制信号输入端接P3.3，ECHO为回响信号输出端接P3.2。

3 软件设计

本设计使用的编程语言为C语言，根据系统要实现的功能，先写出主程序，再利用硬件电路功能及各芯片、各模块的工作时序写出子程序，最后在主程序中进行调用，这种方法简单，主程序语句少，且易于软件设计和查错，还能很好的利用硬件电路，分模块进行调试。

3. 1 主程序流程图

系统主程序流程图如图8所示。

3.2 部分子程序流程图

T0用于测超声波的往返时间，工作于工作方式1，对单片机的机器周期进行计数。定时器的定时时间与系统的时钟频率有关，由于一个机器周期等于12个时钟周期，晶振为12 MHz，则计数周期为：T=12x1/(12x106)=1μs。当超声波ECHO端为高电平时开始计时。超声波测距子程序流程图如图9所示。

学习时间由定时器T1定时，其工作于工作方式1，初值为TH1=0X3C;TL1=0XB0;50 ms中断一次，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;当时加到24时，从新开始。报警子程序流程图如图10所示。

4 系统调试

软件测试：在Keil uvision4中编写程序，进行调试，修改语法错误。

硬件测试：焊接电路之前，先用万用表测得各元器件的好坏，分清极性电容蜂鸣器、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，从单片机最小系统开始，分模块，逐个进行焊接并随时用万用表的“二极管”挡测试电路是否导通。焊接完成后，利用STC_ISP _V479下载软件将编好程序烧进单片机芯片中，并进行功能检测。

5 结论

经过软硬件的设计与调试，系统达到了设计要求，当学生开始学习时;若光线低于设定的弱光或光线高于设定的强光时，报警电路产生声光报警，提醒学生注意学习环境;若超声波测到的距离小于30 cm或设定值时，报警电路产生声光报警，提醒学生调节眼睛到书本的距离。当学习时间到达设定值时，产生10次报警，每次3下，提醒学生注意休息。由于超声波在空气中的传播速度与温度有关，本设计没有考虑温度对超声波传播速度的影响，测量距离还有一定的误差，但误差很小，还可通过温度传感器DS18B20进一步完善，使其测量更加精确。