一种智能化近视预防器的研究

　　0　引　言

　　据调查全世界近视发病率为22%,而亚洲地区发病率更高达31%,近视以在学龄儿童与青少年中患病率高。在我国,中小学生近视率已达34. 6%,高中生近视率达70%。可见如何预防青少年近视刻不容缓。

　　目前,用于防止近视方法主要有2种:一是机械式坐姿矫正的器械;二是基于佩戴式电子测距的近视预防报警器。

　　方法一使用起来很不方便;方法二没有考虑用眼时间过长或者光线太暗也会导致视力下降的因素,而且使用也很不方便。本文提出一种简单易用的近视预防器方案,该方案具有使用方便、智能化程度高、人机界面友好等特点。

　　本设计采用AT89C51作为控制核心,使用超声波传感器实现用眼距离的测量,采用光电池实现光线的亮暗测量,同时,采用单片机内部定时器计时计算用眼时间,并配合有4个时间段选择开关,以适合不同年龄段人的需要;最后,采用语音芯片实现语音报警提示。

　　1　系统结构与原理

　　该系统主要由AT89C51的控制核心、超声波测距、可见光强度测量、语音播放电路、电源模块和键盘6部分组成,如图1所示。该系统的基本工作原理是:电源模块实现10V电压转换为+5V电压给单片机和放大器的工作电源;由单片机AT89C51产生40 kHz的方波,经过放大以后,加载在超声波发送传感器上。发送完后开启定时器开始计时,等待中断接收。超声波碰到障碍物后反射回来,经超声波接收传感器接收到信号后,放大、滤波和整形后传回单片机,产生中断信号,从而实现超声波测距。光电池将可见光光强度转换为电流信号,经I/V转换后,通过阈值判别电路,从而产生能光强阈值信号,发送给单片机。时间计算功能由单片机内部定时器产生,通过多段中断计时实现长时间计时。如果测量得到的距离值小于距离阈值,即光线太暗,或者当时间到达时,单片机通过发送指令给语音芯片,语音芯片发出提示语音。

　　2　系统设计

　　1)超声波测距超声波测距^[1~6]原理是记录下超声波发生器自发射出超声波到接收到反射回波的这段时间差T,利用公式s=cT/2计算出超声波发射器距障碍物间的距离。其中, c为超声波的声速,在标准状态下c=340m /s。因为超声波指向性强,所以,超声波对障碍物面的入射角对超声波测距部分灵敏度影响较大。理想的情况是让超声波垂直于入射面,可最大限度地接收反射回波以避免使测距失灵,为了提高测试精度,应尽量在收发传感器不相互干扰的情况下,使两者的距离尽可能的近。

　　该超声波测距部分主要由以下几部分组成:超声波发送信号放大、超声波传感器、两级信号放大、信号滤波和比较器信号整形,如图2。由于来自单片机的40 kHz方波信号幅度只有5V,发送信号中在传输过程会产生衰减。为了提高测量距离,在这里将信号幅度放大,以增加信号的发送功率。