牛靜娟 天津交通職業(yè)學(xué)院汽車工程系 300110

基于單片機(jī)的近視預(yù)防報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

牛靜娟 天津交通職業(yè)學(xué)院汽車工程系 300110

該系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)青少年的讀書環(huán)境和讀書姿勢(shì)，并適時(shí)發(fā)出警報(bào)，使青少年時(shí)刻保持適宜的光線和恰當(dāng)?shù)淖x書距離，保護(hù)眼睛，預(yù)防近視。系統(tǒng)利用光電手段對(duì)書與眼睛的距離進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)結(jié)果交由微型單片機(jī)進(jìn)行處理，當(dāng)超出允許范圍時(shí)，單片機(jī)發(fā)出聲光警報(bào)，提醒糾正學(xué)習(xí)姿勢(shì)。經(jīng)過測(cè)試，此設(shè)計(jì)可以對(duì)青少年眼睛起到保護(hù)作用，一定程度上降低近視的發(fā)生概率。

近視預(yù)防；單片機(jī)；紅外光；聲光報(bào)警

1.引言

據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，目前中國中小學(xué)在校學(xué)生當(dāng)中，眼睛近視所占比例已居世界第二位，并有逐年上升趨勢(shì)。學(xué)生近視多發(fā)生在8～17歲之間，除了一小部分是遺傳形成的以外，絕大部分是由于用眼時(shí)間較長(zhǎng)以及不良的用眼習(xí)慣所造成的。因此，防治近視日益受到學(xué)生家長(zhǎng)和社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。

減少近視的關(guān)鍵是預(yù)防，近視的預(yù)防應(yīng)由幼兒開始，注意平常生活環(huán)境及養(yǎng)成良好習(xí)慣，很多的近視就可避免，已經(jīng)近視的也可避免惡化。預(yù)防近視沒有可靠的捷徑，關(guān)鍵還是要在發(fā)育年齡期間注意培養(yǎng)良好的衛(wèi)生習(xí)慣和建立合格的環(huán)境條件。具體措施可歸納為以下幾點(diǎn)：

（1）注意保持正確的讀書姿勢(shì)，雙眼離書本的距離約35厘米左右。

（2）看書與寫字時(shí)，光線應(yīng)適度，不宜過強(qiáng)或過暗。

（3）看書時(shí)間不宜過長(zhǎng)，每40～50分鐘，應(yīng)休息10～15分鐘，閉眼或向遠(yuǎn)處眺望數(shù)分鐘或做眼保健操，防止眼睛過度疲勞。

（4）不要躺著閱讀，不要在非靜止?fàn)顟B(tài)下閱讀，如走路時(shí)閱讀、在晃動(dòng)的車船中閱讀等。

（5）要認(rèn)真做好眼保健操，穴位準(zhǔn)確，動(dòng)作到位，做好眼保健操能夠暢通眼部血液循環(huán)，減輕眼疲勞，對(duì)于預(yù)防近視作用十分明顯。

（6）要注意飲食營養(yǎng)，常吃含蛋白質(zhì)、含VA含VC、含鈣的食物，對(duì)預(yù)防近視也有一定的效果。

在以上的幾條措施中，后3點(diǎn)是個(gè)人和家長(zhǎng)通過努力和堅(jiān)持可以做到的，前3點(diǎn)是不好人為控制的，比如，第一點(diǎn)，雙眼距離書本的距離是不便測(cè)量，不好做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的；第二點(diǎn)，看書的光線強(qiáng)度，沒有專用的儀器也是常規(guī)無法測(cè)量的，不能準(zhǔn)確估計(jì)的；第三點(diǎn)，看書時(shí)間的長(zhǎng)短，在集中精力學(xué)習(xí)的時(shí)候，也是容易忽略時(shí)間的長(zhǎng)短。所以針對(duì)于這種情況，我們研發(fā)了基于單片機(jī)技術(shù)的近視預(yù)防報(bào)警系統(tǒng)，自動(dòng)監(jiān)測(cè)讀書的光線環(huán)境、讀書的距離和讀書時(shí)間的提醒，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用眼環(huán)境，協(xié)助青少年的合理用眼，起到預(yù)防近視的作用，以滿足市場(chǎng)的需求。

2.控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能

2.1 控制系統(tǒng)的組成

單片機(jī)控制系統(tǒng)采用EM78P153芯片，系統(tǒng)采用模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要由測(cè)光電路、測(cè)距電路、電池低電壓監(jiān)測(cè)電路、信號(hào)處理電路和聲光報(bào)警電路組成，為一實(shí)時(shí)閉環(huán)控制系統(tǒng)，其組成框圖如圖1所示。

2.2 控制系統(tǒng)的功能要求

近視預(yù)防儀是測(cè)量學(xué)生用眼環(huán)境并協(xié)助糾正用眼不良習(xí)慣的智能測(cè)試儀器,主要功能是測(cè)量學(xué)習(xí)環(huán)境的光照環(huán)境、監(jiān)控看書距離和防止用眼過渡。它的基本工作過程是：通過紅外線的發(fā)送和接收裝置檢測(cè)雙眼距書本的距離，通過光敏電阻測(cè)量環(huán)境的光線強(qiáng)度，將檢測(cè)到的信號(hào)經(jīng)過信號(hào)處理傳送到單片機(jī)控制系統(tǒng)，通過微控制器對(duì)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，給局處理的結(jié)構(gòu)控制報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信息。

根據(jù)青少年由于學(xué)習(xí)造成的近視眼的主要原因，設(shè)定三種自動(dòng)監(jiān)測(cè)功能：

距離監(jiān)測(cè)：距離監(jiān)測(cè)設(shè)定為35cm ±5cm，當(dāng)人體眼部距監(jiān)測(cè)儀小于35cm，持續(xù)時(shí)間大于5秒時(shí)，紅色指示燈點(diǎn)亮，并發(fā)出聲音警告；恢復(fù)正確姿勢(shì)，聲光警告立即消失。

時(shí)間監(jiān)測(cè)：時(shí)間監(jiān)測(cè)設(shè)定為40分鐘：當(dāng)學(xué)習(xí)時(shí)間達(dá)到40分鐘時(shí)，黃色指示燈點(diǎn)亮，并發(fā)出聲音警告。

光線監(jiān)測(cè)：當(dāng)學(xué)習(xí)環(huán)境光線超出適宜范圍時(shí)，藍(lán)色指示燈點(diǎn)亮，并發(fā)出音樂警告；調(diào)整光線使其恢復(fù)正常后，聲光警告立即消失。

3.系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)

（1）MCU控制芯片選型

仔細(xì)研究對(duì)比了SUMSUNG、ELAN、WINBOND、HOLTEK等公司的MCU，綜合考慮產(chǎn)品的性價(jià)比，最后選定ELAN公司的EM78P153.

（2）硬件電路的設(shè)計(jì)

控制電路：EM78P153及外圍電路開關(guān)。

檢測(cè)電路：紅外發(fā)射電路，連接有紅外發(fā)射管，用于發(fā)射紅外線；紅外接收電路，連接有紅外接收管，用于接收人體反射的紅外線。

報(bào)警電路：與紅外接收電路連接，連接有音樂片，紅外接收電路接收到紅外光線后而導(dǎo)通報(bào)警電路，發(fā)出聲音報(bào)警。

測(cè)光電路：該電路連接有光敏電阻，測(cè)光電路與上述的紅外接收電路、報(bào)警電路連接。

4.系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

軟件程序完成對(duì)連續(xù)讀書時(shí)間的計(jì)時(shí)、學(xué)習(xí)環(huán)境光線的監(jiān)測(cè)、看書距離監(jiān)測(cè)和在不同條件下發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)的任務(wù)。中斷程序完成對(duì)學(xué)習(xí)時(shí)間超時(shí)的響應(yīng)，并點(diǎn)亮相應(yīng)的控制指示燈；計(jì)時(shí)/計(jì)數(shù)程序?yàn)槠渌绦蛱峁r(shí)間標(biāo)準(zhǔn)；報(bào)警程序控制蜂鳴器動(dòng)作,并能根據(jù)不同情況發(fā)出不同的報(bào)警聲音。主程序主要完成各種數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并對(duì)采集到的信息進(jìn)行分析判斷,得出學(xué)習(xí)者的狀態(tài)信息,并適時(shí)開啟不同狀況的報(bào)警信號(hào)。主程序流程圖如圖2所示。

5.結(jié)束語

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，使用方便，一定程度上能對(duì)青少年的眼睛起到保護(hù)作用。并且，根據(jù)不同需要，還可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn),使其更完善或使其適合不同的人群。比如，讓用戶可以自行設(shè)定報(bào)警條件,根據(jù)自身的身體狀況和工作需要，對(duì)學(xué)習(xí)的時(shí)間做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整?；?qū)⑵鋺?yīng)用于成年人使用電腦的工作環(huán)境中，只要將相應(yīng)的參數(shù)做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整即可。

本系統(tǒng)運(yùn)行可靠，能夠較好地實(shí)現(xiàn)不同條件下的報(bào)警,能夠在一定程度上預(yù)防近視的發(fā)生率,并且本系統(tǒng)具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、使用方便的特點(diǎn),具有推廣應(yīng)用的前景。

[1]宋新強(qiáng)，曹詠梅. 青少年近視眼發(fā)病機(jī)制、防治方法的研究與探索.2004-中華預(yù)防醫(yī)學(xué)會(huì)少兒衛(wèi)生分會(huì)第六屆全國學(xué)術(shù)交流會(huì).

[2]吳炳勝，王桂梅. 80C51單片機(jī)原理與應(yīng)用.北京：冶金工業(yè)出版社. 2001

[3]馬家辰，孫玉德等. MCS-51單片機(jī)原理及接口技術(shù). 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.2005

牛靜娟;碩士研究生;講師;研究方向:自動(dòng)化控制;工作單位：天津交通職業(yè)學(xué)院汽車工程系。