创新训练项目申请书(1)

1、北京林业大学大学生创新创业训练计划创新训练项目申请书项目名称：基于单片机的视力保护器的研究与设计主持人：李骁专业年级12联系电话：电子邮箱：指导教师：张黔学院理学院申请日期：2014年4 月12 日北京林业大学、项目基本情况项 目 简 介项目名称基于单片机的视力保护器的研究与设计项目类别（）国家级（）北京市级（，）校级项目所属一级学科电子与通信技术申请经费 （元）3000起止年月2014年5月至2015 年3月主 持 人姓名性别学号专业年级联系电话电子邮箱李骁男电子12级项 目 组 其 他 成 员姓名性别学号专业年级所在学院项目分工钟兴男电子12级理学院硬件设计王彬媛女电子12级理学院硬件设计

2、王振中男电子13级理学院软件设计刘炳百男电子13级理学院软件设计指 导 教 师姓名性别年龄职称职务所在学院张黔女38实验师无理学院研究方向电气工程联系电话电子邮箱二、项目立项依据（一）项目研究意义（限300字） 21世纪以来，青少年的学业压力越来越大。资料显示，我国小学生视力低下率为26.96%, 初中生53.43%,高中生72.8%,大学生77.95%。学生近视在我国已成为一个日益严重的 社会问题。在近视以后，如果不加以治疗，任其自由发展，那么孩子的一生都将与厚厚 的镜片为伴，影响了正常的生活。目前还有激光切除手术，但是它破坏了人体的自然完 整，也影响了眼部微生物环境，其实对于身心健康也有害

3、处。因此，解决近视的最好方 法就是从根本上预防近视眼的发生。综上所述，我们有必要设计一款视力保护器进行防 范。从而纠正人们读写的不良姿势，习惯。避免给人们的身心带来伤害。尤其对学生群 体而言，可帮助学生矫正坐姿，改善学习环境，培养学生良好的学习习惯，保护学生视 力。（二）国、内外研究现状和发展动态，并附主要参考文献（限 1000字）由于视力问题越来越普遍，目前国内外已经有了些关于视力保护器的产品。国内在视力 保护器这方面的研究现状是：视力保护器主要是针对坐姿问题的，重点在于矫正人们的 坐姿，能够有效地对人们不正确的坐姿进行语音提醒，促使人们改变自己的不良坐姿， 从而达到视力保护的作用。相关的产

4、品有广东向鼎公司生产的“金太子”牌视力保护器、 网上热卖的四个一多功能视力保护器和“学生1.5视力保护器。这三种产品都是针对坐姿矫正的，并不是真正意义上的多功能视力保护器。也就是说，国内的视力保护器功能 比较单一，缺乏人性化服务，外观单调，缺少个性，还是不能满足人们的需求，有待向 多功能和个性化、人性化方向改进。而国外在视力保护这方面的研究则主要是在近视的原因这方面，是从个人主观的角 度研究的，重在提醒人们应该怎么做才能保护视力，而不是从客观上的实体辅助物件来 帮助人们保护视力。他们认为更应该通过合理的饮食搭配和正确的学习方式来保护视力。综上所述，市场上还不存在较为实用和人性化的多功能视力保护

5、器。所以，面对日 益严峻的视力问题，视力保护器这方面还有很大的研究空间，可以有很大的提升。在视力保护器技术上，市场上的很多产品都是支撑型的，也就是用固定的支架来强 制地改变人们的坐姿，用强硬的手段使人们保持正确的姿势来看书、写字。这种方面虽 然有一定的作用，但是也会让人们觉得缺乏人性化，不够个性，太呆板了，很容易让人 们对它产生厌倦。目前还有一种用于视力保护器的技术是超声波技术及相应的硬件设计。实验室里主 要用的是单片机12,它原理较为简单，又能够方便地实现视力保护器的基本功能。 在硬 件设计中，基于超声波技术的视力保护器，通过超声波接收端对超声波信号的接收处理， 实现对距离的测定。通过实验，

6、这种技术可行，但是也存在一些问题，比如说没有光线 控制报警功能（不合理的光线强度也会对视力产生不利影响）画4;报警的方式太单一，用的是蜂鸣器；没有记忆功能，不能够通过对使用者每一次使用时出现的不良的读书方 式进行记录，并给出历史记录数据，以便使用者对自己的读书习惯进行改进。该设计的 研究，能够为后期进一步改进视力保护器提供参考的依据。参考文献：11孙育才.MCS-51系列单片机微型计算机及其应用.南京：东南大学出版社，200421徐新民.单片机原理与应用M.杭州：浙江大学出版社，2007.【3】康华光.电子技术基础模拟部分.北京：高等教育出版社，200541王卫东.模拟电子电路基础.西安：西安

7、大学出版社，2003三、项目研究内容（一）项目研究内容（限600字）13鉴于单片机芯片的智能处理功能，本设计采用理论计算和实验验证的方法相结合的以单 片机芯片为核心的主体电路。首先是对各单位电路进行设计，并选择合适的元器件。在 选择元器件时，要注意所选芯片的性价比，对于电阻、电容等常用元件要先进行参数计 算后再选择。其次是设计整个电路，并在计算机上对各个单元电路进行相应功能的调试 仿真。其中以单片机为核心，以测距传感器，时钟电路，LCD显示器偏心电动机，发光二极管，蓝牙模块组成外部电路。该设备将对眼距书本距离，光线强度以及读写时间这 三个参数实施精确的数据采集、处理、分析功能。本设备将采用硬软

8、件结合的方式，利 用单片机的语言进行编程。本次设计的研究内容是设计一个多功能视力保护器并制作一 个配套的aps它具有以下功能：1 .当使用者头部与书桌之间的距离过近时（小于 40cm）,电路将发出提示；2 .当读写环境光线照度不足时，电路将发出提示；3 .当使用时间达到50分钟时，电路自动发出提示，提醒使用者注意休息；4 .提示方式可转换，将有震动与铃声两种提示方式，可以在课堂上等不适宜铃声提示的 地方使用振动模式；5 .将使用正确姿势进行读写的时间记录下来，通过蓝牙模块同步手机，通过 app可以将 数据发送到微信朋友圈，可以与其他使用者进行对比竞争。能够真正帮助学生做到国家教委规定的：学生在

9、读写时，应当在一定亮度下，眼离读物 一尺，身离书桌一拳。（二）项目研究拟解决的关键问题（限 300字）本实验需要解决的关键问题有两点。一是使用超声波测距。超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已 知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发 射点到障碍物的实际距离。在实际的测量过程中，超声波测距测量的距离因人而异，需 要在软件上加入身高等变量，在算法上进行一定的优化。二是软件的设计。实验中软件需要达到两个目的。一个是对与坐姿有关的三个变 量进行测量，然后判断出是否符合标准的坐姿要求，对使用者进行提醒。还有一个是要 实现两种不同的提醒方式的自由切换，以及

10、强度大小的调节，以适应不同的使用场合。四、项目实施方案（一）项目研究拟采取的研究方法、技术路线、实验方案（限 1000字）研究方法首先进行系统框架设计，在此基础上进行硬软件设计。在实验室完成对眼距书本距离, 光线强度以及读写时间这三个参数进行检测的电子线路设计、安装与调试，通过后放到 实际中进行检验与调试。在本设备中，对于距离的测量会有一定的误差，所以在软件的 设计以及算法的使用上进行弥补也是本项目的关键。借助现有设备和已研发的科研成果，将传感器的筛选，硬件的设计、安装、调试，软 件的设计调试并行开展，以提高速度，加快研究进度。技术路线一、总体结构1 .监测模块：实现对眼距书本距离，光线强度以

11、及读写时间这三个参数的收集;2 .控制核心模块：对收集的监测值进行运算处理，并发送控制命令；3 .控制实现模块：执行控制命令的机构，包括偏心电动机，播放器等；4 .蓝牙模块：将检测数据同步到其他终端实现共享。 二、硬件设计测距部分时钟定时按键控制发光二级管LCD显示J语音处理芯播放器偏心电动机驱动电路提 醒 部 分三、软件设计整个软件系统采用汇编语言以及高级语言 c进行开发，操作平台是windows 7.系统的 软件部分主要实现的功能有（1）能对于眼距书本距离，光线强度以及读写时间进行分析， 对于不良的读写习惯及时提醒（2）主屏幕上能显示距离，光线强度，学习时间等信息（3） 当坐姿不良，光线不

12、佳或学习时间过长时，能通过振动或铃声来提示（4）配套的app可以通过蓝牙接收数据并具备简单的排名功能。系统软件设计主程序负责初始化、测量及其子程序的调用，各子程序负责数据的采集、控制计算、 控制输出，状态显示等功能。主程序框图如下图所示。实验方案实验目的：通过模块化的设计，以及硬软件的结合，以单片机为核心制作一个多功能的视力保护 器实验仪器：单片机，PC机，测距传感器，时钟电路，LCD显示器，偏心电动机，发光二极管, 蓝牙模块以及电路元件等实验步骤：1 .按以上内容进行，制作出一个基于单片机的视力保护器；2 .在将视力保护器在实际环境下进行测试，并对系统程序进行调试，使之更加符合实 际使用情况

13、；3 .对视力保护器的其他细节进行完善。（二）项目实施年度计划5月一一6月：查询有关资料，学习单片机，汇编语言等方面的知识，为研究 课题作准备；7月一一8月：开始进行制作，软件进行编程，硬件开始组件电路；9月一一12月：将硬件与软件结合起来，能初步做出视力保护器的雏形。1月一一3月：对机器进行各种测试，进一步的优化与设计，并撰写研究报告五、项目研究基础（一）与本项目有关的研究积累和已取得的成绩（限 300字）在电子技术试验，我们成功将小信号放大，并制成简易喇叭。在工艺实习时，能成 功焊接元器件。软件设计，我们可以成功的编写一些程序。并且在过去的两年大学生活里，我们学习了电路原理以及模拟电路等课

14、程，拥有一 定的专业知识。并且对于软件编写也有了一定的知识。（二）已具备的研究条件、设备条件等（限 200字） 现有技术可行性分析：玻璃水银导电开关，陶瓷电容器，电解电容器，晶体三极管，扬声器，电路板， 电子电池等设备在市场上易于采购。语音集成模块及内置语言命令程序等可由队员进行 自行设计制作。研究工作准备情况：电路知识，模拟电子知识和C语言编程等研究准备工作课题组有成员已掌握， 有 较大的技术可行性，并且学院实验室可以提供本项目研究所需的仪器设备。（三）尚缺少的条件及解决方法（限 200字）由于我们这个队伍是大一和大二的组成，目前单片机之类的课程还没有接触， 并且，我们现阶段缺少经验将课本知

15、识应用于实际生活中；解决办法：平时珍惜实验课时间，认真做实验，并踏实的学习课本知识，为实践打 下良好的基础；除此之外努力创造动手机会并努力学习获取经验。并且自学这个项目所 涉及的课程，每周经验交流，促进共同进步。六、项目特色、创新点及预期成果（一）项目的特色与创新点（限 300字）1 .使用软件算法来使测量值更加精确；2 .在提醒模块加入了两种模式以及强度的调整，以适应不同的需求与使用环境；3 .使用配套的app,可以将使用者每天的读写时间等数据通过蓝牙发送到微信朋友 劝，同时也可以看到其他使用者的学习情况。可以起到促进学习的良性竞争情况。（二）项目预期成果及成果提交方式（限 300字）1、项

16、目预期成果1）设计出一个完整的视力保护器，能在眼离书过近，光线过暗，读写时间过长的时 候进行提醒；2）设备记录的读写时长以及光线强度等数据能通过蓝牙传输到其他设备，以进行数据的对比及总结2、成果提交方式1）撰写一部项目研究报告；2）制作一个视力保护器的样品；3）争取发表一篇论文。附录:项目经费预算支出科目预算金额 （元）具体支出内容预算编制依据合计30001.实验材料费1500购买实验所需的各种 器件，包括单片机测距 传感器，时钟电路， LCD显示器偏心电动 机，发光二极管，蓝牙 模块等这些是制作视力保护 器所需要使用的元器 件2.设备费（购置的设备在项目结 题后须交还学校）/3.图书资料购置费（购置的图书资料在项 目结题后须交还学校）300单片机的项目开发实 例，各种程序语百的应 用方面的书籍这些是执行该项目所 需要学习的内容，需要 购买书籍来补充4.项目办公费（记录本、笔、复印纸