新型智能化超声波视力保护系统
超声波多功能视力保护器的设计
超声波多功能视力保护器的设计作者：任雨竹来源：《科学与财富》2014年第07期摘要：在生活节奏紧凑的时代，近视高发，需要一种能有效提醒用眼时间，与书本和屏幕保持一定距离的视力保护器，预防近视，保护视力。
以单片机为核心，采用超声波发射接收器为主要组成部分进行头部与书本或屏幕之间的距离测量；实现定时；通过蜂鸣器对过近的距离进行报警提醒，实现对视力的保护。
不仅精度高，成本低，性能稳定。
而且非接触式测量，环境方式灵活等一系列优点。
关键字：超声波测距，非接触，单片机，定时，提醒1. 视力保护器设计框图本设计的基本电路框图如下图所示，由51单片机发出40khz的方波信号，放大电路将信号放大，从超声波发射端发射信号，遇到阅读面后返回，由接收器接收，再经过放大电路放大，传回单片机启动中断程序，得到超声波传输时间t，进而由片内程序计算得到距离并由显示电路显示出来。
使用方式可为耳挂式。
2. 视力保护器设计参数1）使用者与书本的距离不得小于30cm（+/-3cm），小于这个距离将会报警。
2）使用者与电子显示屏幕的距离，这个距离不得小于50cm（+/-5cm），小于这个距离将会报警。
3）设计可调定时器（30～60min）限制一次连续看书或者看电子屏幕的时间。
3.设计原理：声音的频率是发出声音的物体每秒钟振动的周期次数，单位是赫兹（Hz）。
人类耳朵能听到的声波频率为20Hz～20000Hz。
当声波的振动频率小于20Hz或大于20KHz 时，我们便听不见了。
因此，把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。
超声波测距的方法有很多。
有相位检测法、声波值检测法和渡越时间法等等。
相位检测法具有精度高的优点，但是测量的范围有限；声波检测法使用起来不稳定，易受到反射波的影响，造成误差；而渡越时间法测量距离相对较稳定，计算距离方法简单，因此被大量使用。
4.实现方案：渡越时间法：检测从超声波发射器发出超声波，经过气体介质传播，碰到目标距离物体反射，再传播到接收器的时间，即为渡越时间t。
智能导盲系统设计
智能导盲系统设计在我们的日常生活中，视力障碍者面临着诸多挑战和困难。
其中，安全、独立地出行是他们最为关注和迫切需要解决的问题之一。
为了帮助视力障碍者更好地融入社会，提高他们的生活质量，智能导盲系统的设计应运而生。
智能导盲系统是一种结合了多种先进技术的辅助设备，旨在为视力障碍者提供更加准确、可靠和便捷的导航服务。
其核心目标是帮助使用者感知周围环境、避开障碍物，并规划合理的行走路线。
在设计智能导盲系统时，首先要考虑的是如何有效地感知周围环境。
这通常需要借助一系列传感器，如超声波传感器、激光雷达、摄像头等。
超声波传感器可以通过发射超声波并接收回波来检测前方障碍物的距离和位置，但它的检测范围相对较窄，精度也有限。
激光雷达则能够提供更精确和广泛的距离测量，但成本较高。
摄像头可以获取丰富的视觉信息，但对于图像处理和模式识别的要求也更高。
为了提高环境感知的准确性和可靠性，往往会采用多种传感器融合的技术。
通过对不同传感器获取的数据进行融合和互补，可以更全面地了解周围环境的情况。
例如，将超声波传感器和摄像头的数据结合起来，既能检测到近距离的障碍物，又能识别出障碍物的类型和特征。
在获取了环境信息后，如何将这些信息有效地传达给使用者也是至关重要的。
常见的信息传达方式包括声音提示、振动反馈和触觉引导。
声音提示可以通过语音告知使用者前方的路况，如“前方有台阶”“左边有障碍物”等。
振动反馈则可以通过不同的振动模式和强度来表示不同的警示信息，例如强烈的连续振动表示紧急危险，轻微的间歇振动表示一般提醒。
触觉引导可以通过特殊设计的手柄或手环，向使用者传递方向和距离等信息。
除了环境感知和信息传达，智能导盲系统还需要具备路径规划和导航的功能。
这需要依靠高精度的地图和定位技术。
通过使用全球定位系统（GPS）、蓝牙信标或室内定位技术，可以确定使用者的当前位置。
结合预先加载的地图数据和实时的环境信息，系统能够规划出最优的行走路线，并引导使用者沿着这条路线前进。
智能视力保护系统设计
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基于STM32单片机的智能视力保护系统设计
基于STM32单片机的智能视力保护系统设计智能科技的快速发展已经深刻地影响了我们的生活。
在电子产品日益普及的今天，人们对视力保护的需求也越来越大。
为了帮助人们有效地保护视力，本文将介绍一种基于STM32单片机的智能视力保护系统设计方案。
1. 系统概述智能视力保护系统是一种基于STM32单片机的硬件设备，旨在通过监测使用者的视力状况并采取相应的保护措施，预防视力损伤和疲劳。
它通过与一系列外部传感器和显示器相连接，实时地检测和分析使用者的眼睛状况，并根据需要调整显示器的亮度、对比度和颜色，以减少对眼睛的伤害。
2. 系统组成2.1 STM32单片机本系统采用STM32系列单片机作为核心处理器。
STM32单片机具有强大的计算和控制能力，能够高效地处理各种数据和信号，并实时进行视力状态分析和处理。
2.2 眼动追踪传感器眼动追踪传感器是本系统的重要组成部分，用于实时监测使用者的眼动情况。
传感器通过检测使用者的瞳孔移动轨迹，获取眼睛的位置信息，以及瞳孔的大小和形状等数据，从而判断使用者的视力状况和眼睛疲劳程度。
2.3 光敏传感器光敏传感器用于实时检测周围环境的光强度。
当环境的光强度过强或过弱时，系统可以根据实时采集到的数据调整显示器的亮度，以确保使用者的视觉舒适度和视力保护效果。
2.4 显示器显示器作为用户和系统的交互界面，用于呈现监测数据和调整参数。
本系统中的显示器可以根据使用者的视力状态，智能调整亮度、对比度和颜色等参数，以减少对眼睛的负担。
3. 系统工作原理3.1 数据采集与处理系统通过眼动追踪传感器实时获取使用者的眼睛位置、瞳孔大小和形状等数据，并通过光敏传感器获取环境的光强度数据。
这些数据将被传输到STM32单片机进行处理和分析。
3.2 视力状态分析基于采集到的眼睛位置和瞳孔数据，系统能够对使用者的视力进行实时分析。
通过对比用户的实际视力情况和理想视力情况的差异，系统可以判断出用户的视力健康状态和眼睛疲劳程度。
智能视力保护器的研究与设计
智能视力保护器的研究与设计1. 引言1.1 研究背景当下社会中，随着科技的不断发展和生活压力的增大，人们在日常生活中对眼睛的使用频率越来越高，导致眼睛疲劳、视力下降等问题逐渐突出。
据统计数据显示，全球有超过一半的人口存在不同程度的视力问题，其中以近视居多。
随着近视问题的加剧，对智能视力保护器的需求也变得迫切起来。
传统的视力保护方法主要包括定时休息、远离电子设备等，但这些方法无法很好地解决问题。
研发一种智能视力保护器成为当前的研究热点。
智能视力保护器能够通过监测用户的眼睛疲劳程度、调整屏幕亮度、提醒用户适时休息等功能，有效地帮助用户预防近视和其他眼睛问题的发生。
本文旨在通过研究智能视力保护器的原理与功能，设计出一套高效的智能视力保护器，并通过实验验证和性能优化，探讨其在未来的应用前景。
通过这一研究与设计，希望能够为人们改善生活环境、保护视力健康提供有力支持。
1.2 问题提出在现代社会，随着电子产品的普及和网络时代的来临，人们长时间使用电子设备的现象愈发普遍。
长时间使用电子产品对人类视力健康造成了一定程度的威胁。
相关研究表明，长时间使用电子产品会导致眼睛疲劳、视力下降、甚至出现眼部疾病的风险增加。
如何有效保护视力，成为当前急需解决的问题之一。
在这一背景下，智能视力保护器的研究与设计显得尤为重要。
智能视力保护器通过借助先进的科技手段和算法，能够帮助用户合理规划电子产品使用时间、调整屏幕色温、提醒用户眨眼频率等功能，有效减轻长时间使用电子产品对视力造成的伤害。
目前智能视力保护器的研究与设计还存在一些问题和挑战，例如如何实现精准的视力保护效果、如何提高智能视力保护器的智能化程度等。
本文旨在通过研究智能视力保护器的原理与功能、设计方案、实验验证、性能优化及应用前景等方面，探讨如何更好地设计智能视力保护器，提高其视力保护效果，为人类视力健康保护贡献一份力量。
1.3 研究目的研究目的是为了探讨智能视力保护器在预防近视和保护视力方面的有效性及可行性。
基于超声波测量的视力保护仪设计
基于超声波测量的视力保护仪设计赵艳华;龚丽农【摘要】儿童使用电视、电脑等设备的时间过长会对其视力造成不良影响.本设计采用单片机STC90C58控制超声波测距传感器,实时监控儿童与被控设备(如电视、电脑显示器)之间的距离,并利用实时时钟(Real Time Clock-简称RTC)模块DS1302来计量儿童使用设备的时间.一旦儿童与电子设备屏幕距离过近或使用时间过长,将通过语音报警进行提醒.提醒无效后,便触动继电器开关,强制关闭被控设备,以保证儿童正确用眼并进行适当的休息.该系统具有距离和时间等参数设置功能,设置界面具有密码保护以防止儿童随意改动,能够通过RTC内部的RAM区域实现系统设置的掉电保存.【期刊名称】《青岛农业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(032)004【总页数】5页(P297-301)【关键词】超声波测距;单片机;RTC;视力保护【作者】赵艳华;龚丽农【作者单位】青岛农业大学机电工程学院,山东青岛266109;青岛农业大学机电工程学院,山东青岛266109【正文语种】中文【中图分类】TP277目前近视人群在世界人口的平均比重约为22%，而我国的近视人口比重在30%左右。
导致近视的原因有很多，其中有遗传因素，有用眼环境因素，但最主要的诱因在于用眼不当。
在现代教育环境下，儿童学习压力较大，用眼过度常导致近视发生；另外科技产品高速发展，PAD、智能手机、电视机与电脑等设备广泛应用，儿童长时间近距离观看电子设备屏幕，导致整体视力下降。
因此，如何有效监控儿童的观看距离和观看时间，保护其眼睛健康发育，成为家长们和教育系统普遍关心的问题。
本文设计的视力保护仪是对儿童用眼习惯进行监测和报警的装置，将该装置放置在与电子设备如电视或电脑屏幕并排的位置上，便能够检测儿童用眼距离和时间，当距离过近或时间过长时，会发出警告信息，警告无效后，能够选择性切断设备电源，起到用眼管理和视力保护的作用。
基于单片机的超声波视力保护器设计与研究
基于单片机的超声波视力保护器设计与研究超声波视力保护器是一种基于单片机的智能设备，用于检测并提醒用户视力疲劳情况，以避免长时间使用电子产品对眼睛的伤害。
本文将从超声波测距原理、硬件设计和软件设计三个方面介绍基于单片机的超声波视力保护器的设计与研究。
一、超声波测距原理超声波利用声波在空气中的传播速度较快的特点，通过发射器发出超声波脉冲，当超声波遇到障碍物后会发生反射，接收器接收到反射的超声波信号，通过计算发射和接收的时间差，可以确定障碍物与设备的距离。
因此，我们可以利用超声波测距原理来检测用户离设备的距离，从而判断是否需要提醒用户休息。
二、硬件设计1.单片机选择考虑到成本和性能的因素，本设计选择使用8051系列的单片机，如STC89C52、该单片机具有较低的功耗和较强的处理能力，适合用于嵌入式设备的设计。
2.超声波测距模块超声波测距模块包括超声波发射器和接收器。
发射器用于发射超声波脉冲，接收器用于接收反射信号。
模块通常采用数字信号输出，可以直接与单片机进行连接。
3.液晶显示屏为了方便用户查看当前的距离和工作状态，可以选用液晶显示屏作为界面。
液晶显示屏可以通过串行通信接口与单片机进行连接，显示距离和其他相关信息。
4.蜂鸣器当用户离设备距离过近时，需要通过蜂鸣器发出声音提醒用户。
蜂鸣器可以通过PWM控制单片机的输出频率和占空比，产生不同的声音。
5.电源模块超声波视力保护器需要稳定的电源供应。
可以使用直流电源适配器或电池供电。
同时，还需要考虑电源管理电路以确保电源持续稳定。
三、软件设计1.初始化设置在软件设计中，需要先进行单片机的初始化设置，包括IO口配置、计时器设置和中断配置等。
2.超声波测距在主程序中，需要定时发送超声波脉冲，并等待接收到反射信号。
通过计算时间差，可以得到用户离设备的距离。
3.距离判断根据用户设定的距离阈值，当用户离设备的距离小于阈值时，触发蜂鸣器发出声音提醒用户休息。
4.界面显示通过液晶显示屏，可以实时显示用户离设备的距离和工作状态。
超声波视力保护仪控制系统设计
本次设计的目的是为了设计一个能够帮助人们更好的合理的使用人们眼睛,并且在此过程当中能够有效达到保护视力的目的,同时也为了保护青少年的健康问题,以中小学生健康成长的目的。
设计的要求为本设计将采用STC89C52/51、AT89C52/51单片机作为主控芯片；利用LCD1602液晶来实时显示信息；利用DS1302产生时钟信号;利用LCD1602液晶上实时显示时间、日期、读书倒计时、人与视力保护仪的距离;预设人与视力保护仪距离低于多少时蜂鸣器报警,当人与视力保护仪的距离低于设置好的报警值时,蜂鸣器会鸣叫提示你保持距离,当你高于报警值时蜂鸣器会自动停止鸣叫。
1.绪论
1.1背景、意义
当今社会由于电视机、电脑、PS4、NS等等的各种电子设备的大量流通,而成为街机，从而使得青少年的眼睛过于使用,导致过度疲劳。这样对青少年们的视力影响很大。通过上网大量查阅资料显示我国现有的盲人数量为500多万人,低视力的人群也接近千万人,儿童与青少年特别容易受到影响。根据全国学生体质健康调研的最新报告数据显示,我国现在小学生的近视眼发病率为22.78%,中学生的近视眼发病率已经达到55.22%,而高中生的近视眼发病率更是高达70.34%。而根据世界卫生组织2019年的最新研究报告,在目前中国社会近视患者人数就拥有接近6亿人,这些人口几乎是已经达到了总人口数量的一半。预计到2020年的时候，我国拥有的近视患病人口将超过7亿，而其中的青少年则更是"重灾区"。所以怎样去保护青少年，乃至成年人的视力问题已经成为了一个很重要的问题。
3.2硬件选型
3.2.1STC89C51单片机
STC89C51是一个系统可编程芯片。STC89C51RC具有8051核的ISP。STC89C51的最高工作时钟频率为80MHz。而它的Flash只读程序存储器可以被反复擦写1000次。STC89C51拥有8位中央处理器以及ISP Flash存储单元，而且还拥有系统可编程(ISP)特性。此外他还能够被电脑的控制程序所控制利用。而这就是意味着用户可以直接通过电脑将程序代码下载进单片机。而这样做就有着许多的优点，例如速度更加的快。STC89C51的特点是高速和低功耗，是新一代8051单片机。STC89C51单片机是单时钟、机器周期的兼容8051内核单片机。STC89C51拥有全新的流水线，指令集结构经过精简，并且还具有MAX810专用复位电路。
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新型智能化超声波视力保护系统作者：胡景勤
来源：《电脑知识与技术》2020年第11期
摘要：为了保护青少年视力，实现视力保护智能化，采用STC89C52主控制器，HC-sr04超声波传感器测距原理，主控制器和报警装置，温度测量和时钟功能，LCD1602液晶显示屏。
利用C语言编写程序，包括显示、超声波测距、光强检测、记录时间、语音报警、按键调光等模块。
在使用者与书本距离、环境光照强度及学习时间超过设定健康范围，实施距离报警、光强报警及定时报警等功能，达到预防和保护视力目的。
关键词：智能化;STC89C52;视力保护;LCD1602;超声波传感器
中图分类号：TN98 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2020）11-0040-02
1背景
中华医学会杨智宽教授介绍，目前中国近视患者人数已多达6亿，7-12岁小学生、13-15岁初中生、16-18岁高中生及19-22岁大学生，其视力不良率分别为45.7%、74.4%、83.3%和87.7%。
科学研究证实，儿童持续近距离用眼和户外活动时长等是造成近视的决定性因素，最关键问题是预防近视、控制低度发展为高度近视。
本研究利用单片机控制超声波传感器等，时刻督促提醒要端正坐姿，眼睛距离书本一尺左右，胸前距离桌子一拳左右，握笔时手要握在离笔尖一寸处等，帮助青少年养成科学用眼习惯和视力保护意识。
2总体研究方案
2.1系统主控结构
如图1系统主控图，采用STC89C52控制LCD1602显示、DS13C887时钟芯片、DS18b20温度传感器等，利用超声波测距传感器测量使用者与台灯间距离。
若使用者在一定范围内则无任何提示;若低于最小阈值时传感器发出一个反馈信号，单片机接受反馈信号则驱动报警装置提醒使用者;若高于最大阈值时台灯会自动切断电源达到节约能源目的。
2.2超声波测距原理
发射器发出超声波，遇到障碍物被反射回来，接收器接收返回波。
主控制器开始计时，计算接收到返回波时间，以空气中波转播速度计算测试距离。
显示当前时间，记录持续工作时间。
显示环境温度，有效调控工作环境温度。
手动调节灯光亮度，选择一个眼睛舒适亮度，达到保护眼睛效果。
实时监控使用者坐姿，超声波模块实时测距;处于最低限度45cm以下，主控制器触发蜂鸣器报警，提醒使用者及时调整自己坐姿;处于最大限度2m以上时，系统会自动切断灯光电源。
3系统电路功能模块
3.1主控制器模块
根据系统需求，采用STC89C52单片机，作为智能视力保护控制器，实现系统自动报警提醒，处理超声波采集信号，处理DS18820所采集温度系数，显示到LCD屏上。
如图2单片机最小系统，有中央处理器、程序存储器、数据存储器、定时/计数器、串行并行接口、和中断系统等，三大总线为数据总线、地址总线和控制总线，最核心是片内掩膜ROM型程序存储器。
3.2坐姿检测和LED按键模块
利用超声波传感器测距方案，以台灯到使用者胸前距离为一边，以使用者眼睛到桌面距离为另一边，利用勾股定理计算出第三条边。
当检测到距离小于45cm时，触发报警装置提醒使
用者及时调整坐姿，当大于2m时自动断开电源达到节能效果。
如图3超声波模块电路，采用HC-SR04型号超声波传感器，包括超声波发射器、接收器与控制电路具有2cm-400cm非接触式距离感测功能，测距精度可达高到3mm。
3.3报警电路模块
报警装置，采用无源蜂鸣器，是一种电子发声器，在电路中一般用字母‘H’或‘HA’表示。
如图4报警电路图，利用三极管驱动蜂鸣器，实现报警提示功能。
当检测到距离小于设定距离发出报警提示音，当大于最大设定距离断开电源。
利用单片机定时功能，产生一个震荡脉冲方波，通过I/O口输出一个高电平使三极管导通，电流通过蜂鸣器时发出声音;当无振荡方波信号时，处于低电平三极管截止，没有电流流过蜂鸣器，不会发出报警声音。
3.4温度采集显示模块
温度传感器DS18820直接读取数字，在传感器上电状态下默认精度12位。
如图5温度采集电路模块，在启动前保持低功耗等待状态，当需要测量温度或AD转换时，总控制器发出命令，以两个字节存储到高速暂存器中，传感器则继续保持等待状态。
LCD1602点阵型液晶显示，可以显示数字、字母、符号等，内部有复位电路及功耗较低等特点。
LCD1602共16个管脚，在编写程序中用到数据命令选择端、R读写选择端、使能信号端等引脚，主要围绕这三个引脚进行初始化写命令写数据。
3.5时钟电路模块
DS12C887时钟芯片，是一款自带晶体振荡器和锂电池的时钟芯片，不会因外界断电而停止计时。
它有两种总线模式，即MOTOROLA模式与INTEL模式，当引脚M选择接VCC选用MOTOROLA模式，当引脚M悬空或接地选用INTEL模式。
时钟芯片也有两种供电方式，当VCC高于4.25V时接受外部程序控制，当VCC低于4.25V时进入写保护状态，同时输出呈高阻状态，当VCC低于3V时自动切换到内部电池供电。
4系统软件设计
如图5所示系统总流程图，采用C语言编写系统主体程序。
当系统开始初始化，接着点亮LED和LCD1602显示屏，驱动温度传感器和时钟芯片，分别获取两个传感器信息。
通过主控制器分析显示到LCD1602显示屏上，驱动HC-sr04开始测距，发射器发射信号，接收器收到反射信号，反馈给主控制器中计算被测距离。
与程序所设定距离比较，如果小于设定距离给予报警器一个高电平，促使其发出警报并返回继续监测;如果处于设定范围则继续检测;如果大于最大检测范围，则默认为处于没有使用状态，自动断开电源达到节约能源的目的嘲。
5结束语
在硬件平台上，制作了一类基于STC89C52单片机的视力保护器，进行电路功能模块化设计，采用C语言编写程序易修改和挪用，可以运用到其他控制器上。
经过系统测试后，可以实现各個模块功能。
利用单片机制作视力保护器思想，可以实现视力保护智能化。
视力保护系统研究，主要考虑到写字读书方面，进一步拓展开发应用，也可以适用于其他造成近视因素，比如长时间看电视、电脑，玩手机等。