基于51单片机视力保护仪设计说明

基于51单片机的视力保护器设计中文摘要目前，青少年低视力已成为国外普遍关注的问题。数据显示，我国小学生低视力率为26.96%，初中生53.43%，高中生72.8%，大学生77.95%。特别是调查显示，超过50%的学生及其家长缺乏最基本的视力保健科普知识，不知道不提前预防和治疗近视的危害。因此，41.6%的低视力学生没有采取任何矫正措施。缺乏专业治疗。基于以上原因，本文提出了智能红外视力保护器的设计思路。智能红外视力保护器主要包括测距、感光、定时三个功能。测距和光敏模块由具有相应功能的传感器组成，可以实现对用户距离和周围光强的检测和报警功能。处理模块由STC89C51单片机运行程序组成，可实现对学习时间进行计时和通过报警提醒时间到的功能。一般来说，这种设计的三个功能可以同时生效，通过报警灯的闪烁和蜂鸣器报警提醒用户注意眼睛卫生。本文通过实践证明了视力保护器的可行性、可靠性和易用性。本文期望通过电子硬件的生产和理论研究，为后期多功能视力保护器的设计和采取合理措施提高视力保护效果提供可靠有效的数据源和信息依据。关键词：传感器，测距，红外，视力保护目录第1章引言41.1选题背景41.2国外发展现状51.3本文主要研究内容61.3.1主要内容61.3.2基本要求6第二章智能视力保护器总体系统设计72.1整体系统框图72.2MCU8的选择2.3传感器的选择82.4编程语言的选择8第三章系统硬件电路设计93.1系统硬件整体电路组成93.2单片机系统93.2.1MCU管脚介绍103.2.2MCU最小系统133.3显示系统143.3.1LED提示电路143.3.2数码管显示153.4蜂鸣器报警电路163.5按键电路173.6感光模块电路183.7测距电路19第四章系统软件程序设计204.1KeilC51软件平台204.2程序的模块化划分21第5章结论与展望24参考文献25附录A26附录B27至31第一章简介1.1选题背景目前，由于环境变化、电视快速发展、互联网等诸多因素，青少年不卫生、长期用眼超负荷，导致青少年出现大量近视疾病。根据国家统计局近期的一项调查，我国学生视力不佳的现状令人担忧。小学近视率34%-61%，初中68%，重点高中90%左右。在高考体检中，因自身缺陷被限制参加考试的学生中，有74%是短视的。根据卫生部和教育部的联合调查，目前中国学生近视的发病率居世界第二，人数居世界第一。我国近视和眼病患者近3亿人，已成为全社会关注的公共卫生和社会问题。视力下降不仅影响青少年的日常生活和学习，对青少年的身心健康也有很大影响，也给青少年的成长和发展造成很大障碍。为了下一代的身心健康，拯救近视势在必行。近视是一种现代常见病，几乎没有治愈的方法。目前的激光消融实际上是在损害人体的自然完整性，损害身心健康。因此，数百年来，人们一直用“玻璃疙瘩”这种愚蠢的方法，让人们的眼睛一直盯着外面的世界。在这种情况下，开发一种多功能的视力保护器迫在眉睫。通过创造健康的阅读和写作环境和科学的方法，可以避免因长期阅读和写作而引起的近视、驼背、脊柱侧弯、斜视、颈椎病等疾病的发生和发展，可以使用非医疗手段防止和消除不良阅读书写习惯，避免对人造成身体伤害。不正确的读写姿势和过近的视距是造成近视的主要原因，多发生在中小学。由于学生缺乏自主意识，家长和老师不能一直在身边提醒他们。不良的阅读和写作习惯一旦养成，就很难改掉。日复一日的恶性循环，让很多学生过早地戴上眼镜。同时，中小学生的年龄是孩子蓬勃发展的时期。不正确的坐姿和读写姿势都会影响孩子骨骼的健康。长大后容易造成脊椎弯曲或侧弯，导致驼背带胸。该产品的智能控制功能会随时提醒读者坐直，挺直背部，养成良好的阅读和写作习惯，提高学习效率。有效防止驼背、脊椎弯曲，保护学生身心健康。最新问卷调查显示，小学生和初中学生的近视率分别为39.05%和64.3%，比十年前提高了25.7%和26.86%。近视率为37.44%）。书面问卷数据显示，小学生和初中学生的近视率分别为39.05%和64.3%。在网上返回的问卷“您认为自己近视的原因是什么？”中，52.4%选择“书写和阅读姿势不正确”，46.7%选择“看电视导致近视”，“因为上网”占46.7%。为52.4%。“导致近视”占44.8%，而“作业过多导致近视”占43.8%。最新统计显示，我国青少年近视率居世界首位。在青少年近视人群中，高中生近视检出率最高，达到72.8%。国家统计局2006年的一项调查显示，小学近视的比例为34%～61%，初中为68%，重点高中近视率为90%左右。由此可以看出，中国学生视力不佳令人担忧，而中小学生近视的主要原因是写作和阅读姿势不正确、阅读和写作作业过长、过强和过弱。光。通过对现有坐姿提醒器的调查，存在很大的局限性和单一性，而新的坐姿提醒器基于人机交互、以人为本的理念，智能消除影响视力的不利因素，发挥作用在中小学生的健康成长中。重要产品。1.2国外发展现状自1992年国家防近视专家指导组成立以来，防近视产品经历了从简单到复杂、从单一到多种、从低科技到高科技的过程。在此基础上，科学家们进行了大量艰苦的研发工作，已有数百种产品推向市场，为防治近视工作带来了无限生机。目前国内这方面的研究现状如下：乌鲁木齐市旭之龙科技生产的“学生1.5视力保护器”，又称坐看宝，可以提醒用户不正确的坐姿。还有华恒电子生产的坐姿矫正器型号MS-3023。它可以纠正阅读和写作的不良坐姿。总的来说，我国生产的护眼器功能特点比较单一，与人们的个性化需求还有较大差距，不能很好地满足广大用户的需求。国外也致力于保护视力的研究，但更侧重于对近视成因的研究。德克萨斯大学西南医学中心的何玉光博士表示，多吃鱼和新鲜蔬菜可以保护视力，降低近视几率。他们认为，通过合理的饮食营养、正确的学习习惯，对视力的保护可以起到事半功倍的效果。研究证明，市场上很少有真正的智能护目镜。现有产品只关注视力保护的单一方面，功能还不全面，无法多角度保护用户的视力。随着世界的不断进步，产品的技术含量不断提高，产品的功能越来越多样化，设计也越来越人性化。在坐姿提醒器的产品开发中，会越来越多的使用以人为本、人机交互的设计理念。开发了一种多功能的新坐姿提醒器。由于国外市场需求量大，视力保护器的起步才刚刚开始，还有很大的发展空间。相信未来视力保护器一定会有很大的发展，为广大中小学生的视力保护提供根本保障。1.3本文主要研究内容1.3.1主要内容以51单片机为核心处理器，LM393电压比较器、光敏电阻、数码管等构成智能视力保护器设计。针对单片机芯片的智能处理功能，结合理论计算和实验验证的方法，设计了以单片机芯片为核心的主电路。首先是设计各个单元电路，选择合适的元器件。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，选型前应进行参数计算。二是设计整个电路，其中单片机芯片采用比较常见的stc89c51型，红外测距采用光电反射累加。红外测距尾部有电位器调节感应距离（0~80cm）。当距离小于调整距离时，小灯快闪，蜂鸣器响提示。当光线过强或过弱时，也会提示；数码管显示时间。当时间达到45分钟时，数码管和小灯闪烁，蜂鸣器会提醒您此时按下按钮可以休息，防止过度的身体伤害；当您从休息回来时，再次按下按钮，系统将重新开始工作。本设计采用红外测距传感器测距，比超声波测距更可靠、准确、健康、安全。1.3.2基本要求1.当用户面部与桌面或电脑的距离小于25CM（距离可适当调整）时，电路会发出声光提示；2、当使用时间达到45分钟时，电路会自动发出声音提示，数码管闪烁，提醒用户注意休息；3、读写环境光不足或过强时，电路会发出声光提示；4.感应环境光的周长可调，实现智能；5.电路可靠，设计小巧省电，可实现相应功能。真正帮助学生达到国家教委的规定：学生在阅读和写作时，在一定亮度下，视线应与阅读材料一尺距离，与课桌一拳，时间不超过45分钟.第二章智能视力保护器总体系统设计2.1系统总体框图硬件主要基于STC89C51单片机，功能电路主要包括传感器辅助坐立报警电路、灯光报警电路、定时报警电路和蜂鸣器报警电路等核心电路。使用C语言编程。本设计的整体框图如图2-1所示。蜂鸣器报警模块显示模块电源供电按键模块晶振电路单片机蜂鸣器报警模块显示模块电源供电按键模块晶振电路单片机LED提示模块复位电路LED提示模块复位电路光敏模块测距模块光敏模块测距模块图2-1整体系统框图2.2单片机的选择从控制系统的规模和复杂性出发，必须考虑单片机的基本参数和增强功能。前者往往需要考虑芯片的速度、ROM容量、I/O引脚数和工作电压（1.8V/3V/5V）等。后者包括是否有看门狗、双指针、双串口、实时时钟、CAN接口、SPI接口、USB接口等附加模块。本设计中控制对象仅为超声波、声光报警，复杂度低，低端通用单片机芯片即可满足要求。从易于学习和掌握的角度来看，所选择的单片机需要支持一种易于学习的编程语言，并具有良好的软件支持的编程环境。同时要有丰富的数据支持，包括详细的芯片规格、应用指南、设计方案、示例程序等。从工作可靠性的角度来看，要求选用的芯片具有较宽的工作温度范围、低功耗和一定的抗干扰能力。根据适用的工作温度，常用的单片机芯片可分为商业级、工业级、军工级。这里，可以选择总则商用机器。在功耗和抗干扰方面，这个控制系统的要求并不高，总则单片机芯片就可以满足要求。综上所述，本系统选用STC89C51单片机作为主控芯片。这个设计运行就够了，而且价格便宜，下载程序方便。2.3传感器的选择在测距模块中，常用超声波测距。其原理是利用超声波的发射和接收，根据超声波的传播时间计算传播距离。有两种实用的测距方法。一种是直波法，在被测距离的两端发射，另一端接收。模式，适用于测距仪。该设计的主要目的是正确选择距离测量值并准确。通过查阅资料，感觉使用超声波测距的设计很多，但是稳定性不是很好，所以决定使用光电测距传感器，主要用于精密生产加工。在这种情况下，稳定性非常高。所以本设计选用光电红外测距传感器。在光敏模块中，由光敏电阻和LM393组成的电压比较器构成光敏模块的主体部分。通过电压的采集，实现智能化。2.4编程语言的选择对于与MCS51系列单片机兼容的指令系统，比较常用的编程语言是C和汇编语言。C是一种生成压缩代码的结构化编程语言。C语言只需要初步了解单片机内存的硬件结构和其他硬件结构即可。寄存器分配的细节、不同的内存寻址和数据类型可以由编译器管理。C语言程序本身不依赖于机器硬件系统，基本可以在不同类型的单片机之间移植，无需修改。程序可分为不同的功能，结构规整，可读性强。C语言提供的库包含许多标准子程序，具有很强的数据处理能力。C语言作为一种方便易学的语言，得到了广泛的应用，是单片机编程中应用最广泛的语言之一。汇编语言在单片机编程中也得到了广泛的应用。具有简单实用、控制灵活、实时性强、程序效率高等特点。汇编语言具有很强的硬件控制能力。其他高级语言无法控制的软硬件细节可以用汇编语言来实现，但是编程比较复杂。综合考虑，软件的设计语言选择C语言。第三章系统硬件电路设计3.1系统硬件整体电路组成以51单片机为核心处理器，LM393电压比较器、光敏电阻、数码管等构成智能视力保护器设计。其中单片机芯片采用较为常见的stc89c51型，红外测距采用光电反射。红外测距尾部有电位器调节感应距离（0~80cm）。当距离小于设定距离时，小灯快闪，蜂鸣器响提示，灯光过强或过弱时也会提示；数码管显示时间，当时间达到45分钟时，数码管和小灯闪烁，蜂鸣器嘟嘟声提醒，此时按下按钮休息，防止过度伤害；当剩下的东西回来时，再次按下按钮，系统将重新开始工作。本设计采用红外测距传感器测距，比超声波测距更可靠、准确、健康、安全。3.2单片机系统单片机是随着微机的发展而产生和发展起来的。自1975年美国德州仪器公司的第一台单片机（简称单片机）TMS-1000问世以来，单片机技术至今已成为计算机技术的一个独特分支，单片机的应用领域也越来越多。它应用广泛，特别是在工业控制中，经常遇到对某些物理量进行定时采样和控制的问题，在仪器仪表的智能化中也发挥着极其重要的作用。如果以8位单片机的推出为起点，单片机的发展历程大致可以分为以下几个阶段：第一阶段（1976-1978）：单片机探索阶段。以英特尔的MCS-48为代表。MCS-48的推出是在工控领域的一次探索，参与此次探索的公司包括摩托罗拉和Zilog。都取得了令人满意的成绩。这就是单片机诞生的时候，“单片机”一词就是由此而来。第二阶段（1978-1982）：单片机完善阶段。在MCS-48的基础上，英特尔公司推出了完整的典型单片机系列MCS-51。它从以下几个方面建立了典型的通用总线微控制器架构。(1)完善的外部总线。MCS-51集经典8位单片机的总线结构，包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线和具有多机通讯功能的串行通讯接口。(2)CPU外围功能单元的集中管理模式。(3)反映工控特点的地址空间和位操作方式。(4)指令系统趋于丰富完善，增加了许多突出控制功能的指令。第三阶段（1982-1990）：8位单片机的巩固和发展，16位单片机的推出，也是单片机向单片机发展的阶段。Intel公司推出的MCS-96系列单片机，将测控系统中使用的部分模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等集成到芯片中，体现了单片机的特点。单片机。第四阶段（1990-）：单片机的全面发展阶段。随着单片机在各个领域的全面深入发展和应用，出现了速度快、寻址范围大、计算能力强的8位/16位/32位通用单片机，以及小型低成本的专用单片机。单片机是将各种元件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机，包括中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、定时器/计数器、中断系统、时钟元件和I/O接口电路的集成。由于单片机具有体积小、价格低、可靠性高、开发应用方便等特点，被广泛应用于现代电子技术和工业领域。在智能仪表中，单片机是应用最广泛、最活跃的领域之一。在控制领域，现在人们更加注重成本低、体积小、运行的可靠性和控制的灵活性。在各种仪器仪表中引入单片机，使仪器智能化，提高了测试的自动化程度和准确度，提高了计算机的计算速度，简化了仪器的硬件结构，提高了仪器的性价比.3.2.1MCU管脚介绍微控制器的主要特点：(1)具有优良的性价比。(2)集成度高、体积小、可靠性高。单片机将各种功能部件集成在一个芯片上，采用总线结构，减少了芯片之间的连接，大大提高了单片机的可靠性和抗干扰能力。此外，由于其体积小，易于对强磁场环境采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。(3)强大的控制功能。为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统具有极其丰富的传输指令、I/O口的逻辑运算、位处理功能。单片机的逻辑控制功能和运行速度均高于同档次的单片机。(4)低功耗、低电压、易于生产便携产品。(5)外部总线增加了I2C(Inter-IntegratedCircuit)和SPI(SerialPeripheralInterface)等串行总线方式，进一步减小了体积，简化了结构。(6)单片机的系统扩展和系统配置更加典型和标准化，易于形成各种规模的应用系统。卓越的性价比。1）集成度高、体积小、可靠性高。单片机将各种功能部件集成在单片机上，采用总线结构，减少了芯片之间的连接，大大提高了单片机的可靠性和抗干扰能力。此外，由于其体积小，易于对强磁场环境采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。此外，采用固化方案的形式还可以提高可靠性。2)强大的控制功能。为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统具有极其丰富的传送指令、I/O口的逻辑运算、位处理功能。单片机的逻辑控制功能和运行速度均高于同档次的单片机。单片机的系统扩展和系统配置比较典型和规范，容易形成各种规模的应用系统。VCC：STC89C52电源正输入，接+5V。GND：电源地端。XTAL1：单片机系统时钟的反相放大器输入。XTAL2：系统时钟反相放大器的输出端。通常，在设计中，XTAL1和XTAL2只能连接一个石英振荡器系统。另外，可以在两个引脚和地之间加一个20PF的小电容。，可以使系统更加稳定，避免噪声干扰造成的死机。RESET：STC89C52的复位管脚，高电平动作，当芯片需要复位时，只要将该管脚的电平拉高到高电平并保持两个机器周期以上，AT89S51就可以完成系统复位的每一个动作，使各特殊功能寄存器的内容置为已知状态，开始读取程序代码并执行地址0000H处的程序。EA/Vpp：“EA”是英文“ExternalAccess”的缩写，表示访问外部程序代码，低电平动作，也就是说，当该引脚接低电平时，系统将访问外部程序代码（存储在外部EPROM中）来执行程序。因此，在8031和8032中，EA脚必须接低电平，因为没有程序存储空间。如果使用8751程序空间，该引脚应接高电平。另外，在将程序代码烧写到8751EPROM时，该引脚可用于输入21V烧录高压（Vpp）。ALE/PROG：ALE是英文“AddressLatchEnable”的缩写，意思是地址锁存使能信号。STC89C52可以使用该引脚触发外部8位锁存器（如74LS373），并将端口0的地址总线（A0~A7）锁定到锁存器中，因为STC89C52致地址和数据。通常程序执行时，ALE引脚的输出频率约为系统工作频率的1/6，因此可以用来驱动其他外围芯片的时基输入。另外，在对8751程序代码进行编程时，该管脚将用作程序规划的特殊功能。PSEN：这是“ProgramStoreEnable”的缩写，意思是程序存储使能。当8051设置为读取外部程序代码工作模式（EA=0）时，会致该信号来获取程序代码，通常该引脚连接到EPROM的OE引脚。STC89C52可以使用PSEN和RD引脚分别使能外部RAM和EPROM，这样数据存储器和程序存储器可以组合在一起，共享64K的地址范围。PORT0（P0.0~P0.7）：端口0是一个8位宽的开漏双向输出和输入端口，共8位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，所以等等。其他三个I/O端口（P1、P2、P3）没有这种电路配置，但有一个升压电路。当用作I/O时，P0可以推8LS的TTL负载。PORT2(P2.0~P2.7)：Port2为双向I/O口，带有部分升压电路。每个引脚可驱动4个LSTTL负载。如果端口2的输出设置为高电平，则该端口可以用作输入端口。STC89C52除了用作通用I/O口外，如果扩展外部程序存储器或数据存储器，还提供地址总线的高字节A8～A15。此时，P2不能用作I/O。PORT1(P1.0~P1.7)：Port1也是一个双向I/O口，带有部分升压电路，其输出缓冲器可以驱动4个LSTTL负载。同样，如果端口1的输出设置为高电平，则为输入数据的端口。如果使用8052或8032，P1.0作为定时器2的外部脉冲输入引脚，P1.1可以具有T2EX功能，可以作为外部中断输入的触发引脚。PORT3(P3.0~P3.7)：Port3还有一个带部分升压电路的双向I/O口，其输出缓冲器可以驱动4个TTL负载，还具有其他附加特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、定时器计数控制和外部数据存储器的读或写控制。其引脚分配如下：P3.0：RXD，串行通讯输入。P3.1：TXD，串行通讯输出。P3.2：INT0，外部中断0输入。P3.3：INT1，外部中断1输入。P3.4：T0，定时器计数器0输入。P3.5：T1，定时计数器1输入。P3.6：WR：外部数据存储器的写信号。P3.7：RD，外部数据存储器的读信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，将RST引脚保持高电平两个机器周期。ALE/PROG：地址锁存使能输出电平用于在访问外部存储器时锁存地址的状态字节。在FLASH编程期间，该引脚用于输入编程脉冲。正常情况下，ALE端输出一个频率周期恒定的正脉冲信号，为振荡器频率的1/6。因此它可以用作外部输出的脉冲或用于定时目的。但请注意，当用作外部数据存储器时，将跳过ALE脉冲。要禁用ALE的输出，请将SFR8EH地址设置为0。此时ALE只在执行MOVX时有效，MOVC指令为ALE。此外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁用，则设置无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在从外部程序存储器取指期间，/PSEN每个机器周期有效两次。但是在访问外部数据存储器时，这两个有效的/PSEN信号不会出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），无论是否有程序存储器。注意当加密模式为1时，/EA会被锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，程序存储器将存储在这里。在FLASH编程期间，该引脚也用于施加12V编程电源(VPP)图3-1MCU管脚示意图3.2.2微控制器最小系统单片机芯片的另一个主要内容是并行I/O口。STC89C51有四个8位并行I/O口，分别标记为P0、P1、P2、P3。每个端口都包含一个锁存器、一个输出驱动器和一个输入缓冲器。事实上，它们已被归类为特殊用途的寄存器，可以按字节寻址和按位寻址。访问片外扩展存储器时，低8位地址和数据由P0端口分时传送，高8位地址由P2端口传送。在没有外部存储器扩展的系统中，这四个端口的每一位都可以用作双向I/O端口。单片机的四个I/O口都是8位双向口。这些端口在结构和特点上基本相同，但各有特点。STC89C51单片机通常有两种产生方式：一种是外部时钟模式，另一种是外部时钟模式。单片机部分有一个振荡电路，只要在单片机的XTAL1和XTAL2引脚上接一个石英晶体（简称晶振），就形成一个自激振荡器，时钟脉冲信号在单片机部分产生。图中电容C1、C2的作用是稳定频率，快速启动振动。电容值为5-30pF，典型值为30pF。晶振CYS的振荡频率在1.2-12MHz之间选择，典型值为12MHz和11.0592MHz。STC89C51单片机的RST引脚引入高电平并保持2个机器周期时，单片机部分将执行复位操作（如果该引脚继续保持高电平，则单片机处于循环复位状态）。复位电路通常采用上电自动复位和按键复位两种方式。在最简单的上电自动复位电路中，上电自动复位是通过对外部复位电路的电容充电来实现的。只要Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位。当时钟频率为6MHZ时，C取22uF，R取1KΩ。除了上电复位外，有时还需要手动复位。这种设计是使用按钮手动复位。按键手动复位有两种方式：电平方式和脉冲方式。电平复位是通过将RST端通过一个电阻连接到电源Vcc来实现的。系统框图如图3-2所示图3-2单片机最小系统示意图3.3显示系统3.3.1LED提示电路可以将电能转化为可见光的半导体器件，它可以直接将电转化为光；它改变了白炽钨丝的光线。节能灯采用三基色粉原理，并利用电场发光。据分析，LED的特点非常明显，如长寿命、高光效、低辐射、低功耗。作为全球最受关注的新一代光源，LED以其高亮度、低热量、长寿命、无毒、可回收等优点被誉为21世纪最有发展前景的绿色照明光源。我国的LED产业始于1970年代。经过近40年的发展，其产品广泛应用于景观照明和普通照明。我国已成为世界第一大照明电器生产国和第二大照明电器出口国。近年来，随着半导体发光材料研究的不断深入，LED制造工艺的不断进步以及新材料（氮化物晶体和荧光粉）的开发应用，各种超高亮LED取得了突破性进展。颜色。随着进步，其发光效率提高了近1000倍，在色度上实现了可见光波段的所有颜色。其中最重要的是超亮白光LED的出现，这使得LED应用跃入高效光源市场成为可能。曾经有人指出，高亮度LED将是爱迪生发明白炽灯泡后人类最伟大的发明之一。智能红外视力保护器利用led的闪烁来实现二次指示和闪烁报警。D1D1R42.2KVCCBJG图3-3LED提示电路3.3.2数码管显示数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。数码管按段数分为七段数码管和八段数码管。八段数码管比七段数码管多一个LED单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等数码管：按发光二极管单元的连接方式分为一个共阳极数码管和共阴极数码管。共阳极数码管是指将所有发光二极管的阳极连接在一起形成一个共阳极（COM）的数码管。共阳数码管在应用中应将共极COM接+5V。当发光二极管的某一场的阴极为低电平时，相应的场点亮，而当某一场的阴极为高电平时，相应的场不点亮。共阴极数码管是指将所有发光二极管的阴极连接在一起形成一个共阴极（COM）的数码管。使用共阴极数码管时，共极COM应连接到地线GND。当发光二极管的某一场当某一场的阳极为高电平时，对应的场被点亮，当某一场的阳极为低电平时，对应的场不被点亮。由于价格低廉，使用简单，被广泛应用于电器，尤其是家电领域。本设计采用共阴极数码管显示时间。图3-4数码管显示3.4蜂鸣器报警电路蜂鸣器是一种一体化结构的电子发声器。它采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、机器、定时器等电子产品中作为发声装置。;蜂鸣器主要分为压电蜂鸣器和电磁蜂鸣器两种。蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”表示（旧标准使用“FM”、“LB”、“JD”等）。1、压电蜂鸣器压电蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣器、阻抗匹配器、谐振箱、外壳等组成。一些压电蜂鸣器还装有发光二极管。多谐振荡器由晶体管或集成电路组成。接通电源时（1.5~15V直流工作电压），多谐振荡器开始振动并输出1.5~2.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣器发声。压电蜂鸣器由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。陶瓷片两面镀银电极，经极化老化处理后，与黄铜片或不锈钢片粘合在一起。电磁蜂鸣器电磁蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片和外壳组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜缠绕在电磁线圈和磁铁之间蜂鸣器驱动电路一般包括以下几部分：三极管、蜂鸣器、限流电阻。蜂鸣器是发声元件，通过在两端施加直流电压（有源蜂鸣器）或方波（无源蜂鸣器）来发声。、工作电流、驱动方式（直流/方波）等，可根据需要选择。本设计使用有源蜂鸣器。三极管Q1起开关作用，其基极低电平使三极管饱和导通，使蜂鸣器发声；基极的高电平使三极管截止，蜂鸣器停止发声。图3-5蜂鸣器报警电路图3.5按键电路在本设计中，钥匙连接到低电平以读取钥匙。当单片机最初为高电平时，当按键被按下时，它会给单片机一个低电平，单片机将处理信号。单片机键盘有两种：独立键盘和矩阵键盘：独立键盘的每个I/O口只接一个按键，按键的另一端接电源或接地（一般为接地）.这种连接过程比较简单，系统也比较稳定；矩阵键盘连接程序比较复杂，但占用的I/O较少。根据本次设计的需要，这里选择了独立的键盘连接方式。独立键盘的实现方法是利用单片机I/O口的读口电平来判断是否有按键按下。将常开按钮的一端连接到地，另一端连接到I/O端口。程序启动时，将此I/O口置为高电平，无按键时I/O口保护为高电平。当按下某个键时，I/O端口将与地短路，迫使I/O端口为低电平。按键松开后，单片机单元的上拉电阻使I/O口保持高电平。我们要做的就是在程序中查看这个I/O口的电平状态，就知道我们是否有按键动作。在使用单片机处理键盘时，涉及到一个重要的过程，那就是键盘的去抖。这里所说的抖动是机械抖动。在未按下按键的关键区域，键盘电平不稳定属于正常现象。这不是通过注意关键可以避免的事情。这种抖动一般在10到200毫秒之间。这种不稳定级别的抖动时间对于人类来说太快了，但对于单片机微秒时钟来说却是慢的。硬件去抖就是用一些电路来处理抖动部分。软件去抖不是去除抖动，而是避免部分时间的抖动，等键盘稳定后再处理。因此这里选择软件去抖动。实现方法是先搜索按钮，当出现低电平时立即延迟10~200毫秒以避免抖动（经典值为20毫秒），延迟结束后再读取I/O。如果该时间的值为1，则表示低电平时间小于10~200毫秒，视为干扰信号。当读取值为0时，表示按下了一个按钮，调用了相应的处理程序。硬件电路如图3-7所示：图3-6按键控制电路图3.6感光模块电路光敏电阻也称为光管。常用的材料有硫化镉，还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋。这些制造材料具有在用特定波长的光照射时迅速降低其电阻的特性。这是因为光产生的载流子在外电场作用下都参与了传导和漂移。电子跑到电源正极，空穴跑到电源负极，使光敏电阻的阻值迅速下降。光敏电阻是利用半导体的光导效应制成的电阻值随入射光强而变化的电阻器，又称光导检测器；增加。还有一种入射光弱，电阻减小，入射光强，电阻增大。光敏电阻一般用于测光、光控和光电转换（将光的变化转化为电的变化）。常用的光敏电阻是硫化镉光敏电阻，采用半导体材料制成。光敏电阻对光的敏感度（即光谱特性）非常接近人眼对可见光（0.4~0.76）μm的响应。只要人眼能感知到的光，它的电阻就会发生变化。在设计光控电路时，采用白炽灯泡（小电珠）灯或自然光作为控制光源，大大简化了设计。本设计利用光敏电阻值的变化和电阻分压，得到的电压值与LM393进行比较，通过10k可调电阻实现光限的调节。两个光敏传感器一个感应到光线太强，另一个感应到光线太弱，由单片机处理信号。图3-7感光模块电路图3.7测距电路测距采用光电传感器，是一种发射与接收为一体的光电传感器。检测距离可根据需要调整。该传感器具有检测距离远、可见光干扰小、价格低廉、组装方便、使用方便等特点。可广泛应用于机器人避障、流水线计件等多种场合。光电传感器是使用光电元件作为检测元件的传感器。它首先将测量的变化转换为光信号的变化，然后借助光电元件将光信号进一步转换为电信号。光电传感器一般由光源、光路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高、响应速度快、非接触等优点，可测量的参数多。传感器结构简单，形式灵活多样。因此，光电传感器广泛用于检测和控制。光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键部件。它是将光信号（红外线、可见光和紫外线辐射）转换为电信号的设备。光电传感器是使用光电器件作为转换元件的传感器。可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、照度、辐射测温、气体成分分析等；还可用于检测其他可转化为光量变化的非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度等，以识别物体的形状、工作光电传感器具有非接触、响应速度快、性能可靠等特点，因此广泛应用于工业自动化设备和机器人中。新型光电器件的出现，尤其是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进一步应用翻开了新的一页。光电传感器是通过将光强度的变化转换为电信号的变化来控制的。光电传感器一般由三部分组成，分为：发射器、接收器和检测电路。发射器瞄准目标并发射光束。发射的光束一般来自半导体光源、发光二极管(LED)、激光二极管和红外发射二极管。光束不间断发射，或脉冲宽度发生变化。接收器由光电二极管、光电晶体管和光电管组成。在接收器的前面，安装了镜头和光圈等光学元件。其后面是检测电路，将有效信号滤除并应用。本设计中使用的传感器通常输出高电平，当检测到被测物体时，输出低电平，低电平信号送单片机处理，实现测距报警。图3-8测距模块电路图第四章系统软件程序设计对于单片机系统，编程的主要任务是通过合理配置单片机系统有限的硬件资源，使用最直接有效的编程语言来控制单片机的外围设备。，以便这些外围设备可以执行所需的操作。软件设计通常对系统的可靠高效运行有相当大的影响，也是系统设计工作量中较大的一项任务。4.1KeilC51软件平台KeilC51软件提供丰富的库函数和强大的集成开发调试工具，具有全Windows界面。还有一点很重要，只要看一下编译后生成的汇编代码，就可以发现KeilC51生成的目标代码非常高效，大部分语句生成的汇编代码紧凑易懂。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。KeilC51工具包的整体结构主要包括uVision和Ishell，分别是C51forWindows和forDos的集成开发环境（IDE），可以完成编辑、编译、链接、调试、仿真的整个开发过程.开发人员可以使用IDE本身或其他编辑器编辑C或汇编源文件。然后，编译C51和C51编译器以生成目标文件(.OBJ)。目标文件可以通过LIB51创建生成库文件，也可以通过L51连接定位与库文件连接生成绝对目标文件（.ABS）。ABS文件由OH51转换为标准Hex文件，可供调试器dScope51或tScope51进行源码级调试，也可用于仿真器直接调试目标板，也可直接写入程序存储器如EPROM。Keil可以编译C源代码、汇编源程序、链接和重定位您的目标文件和库文件、创建HEX文件以及调试目标程序。与其他软件相比，它具有以下特点：(1)Windows应用程序uVision2是一个集成开发环境，将项目管理、源代码编辑、程序调试等集成为一个强大的环境。(2)C51USStandardOptimizingCCrossCompiler从您的C源代码生成可重定位目标文件。(3)A51宏汇编器从您的8051汇编源代码生成可重定位的目标文件。(4)BL51链接器/重定位器将您由C51和A51生成的可重定位目标文件结合起来生成绝对目标文件。(5)LIB51库管理器组装您的目标文件以生成链接器可以使用的库文件。(6)OH51目标文件到HEX格式转换器从绝对目标文件创建英特尔HEX格式文件。(7)RTX-51实时操作系统简化了复杂且时间敏感的软件项目。uVision2IDE集成了一个项目管理器、一个功能丰富、带有设置选项、构建工具和在线帮助的错误提示编辑器。获取uVision2创建的源代码，并将它们组织到一个项目中，以识别您的目标应用程序。uVision2自动编译、组装、链接嵌入式应用程序，并为开发提供单一焦点。源代码由uVision2IDE创建并由C51或A51编译。编译器和汇编器从源代码生成可重定位的目标文件。KeilC51编译器完全符合ANSIC语言标准，支持C语言的所有标准特性。此外，还添加了几个直接支持8051结构的特性。KeilA51宏汇编器支持8051及其衍生产品的完整指令集。LIB51库管理器内容从编译器或汇编器生成的目标文件创建目标库。库是一个经过特殊组织的对象模块，可以在以后链接和重用。当链接器处理一个库时，只有那些被使用的目标模块被实际使用。它们是为专业开发人员设计的，但所有级别的程序员都可以将它们用于8051微控制器的大多数应用。4.2程序的模块化划分模块化编程是一种常见的编程技术，将一个功能齐全的长程序分解成几个功能相对独立的较小程序模块，每个程序模块分别进行设计、编译和调试。采用程序的模块化设计方法，有利于程序代码的优化，提高程序的可读性，便于功能扩展和版本升级；单模块结构的程序功能单一，易于编写、调试、维护和扩展系统功能；子程序可以创建子程序库，方便多个模块的调用。本章的软件设计以要实现的功能为基础，以系统的硬件设计为基础，采用模块化编程思想，在完成系统功能的同时保证系统的可靠运行。软件设计的目的是让单片机加载程序并运行，测量距离、时间、光强，并根据测量结果发出相应的报警信号。在整体设计中，当系统开始工作时，首先进行初始化。然后判断光照强度。如果光线强度太弱，它会报警。如果未达到给定的国家标准值，将判断计时部分。如果计时时间达到45分钟，则发出警报，如果计时时间未达到45分钟，则判断测距部分。如果测量距离小于25cm，就会报警。如果测量距离大于25cm，它会返回重新确定光强。由于流程图不能体现“同时”的概念，所以测距、感光、定时三个判断的排列没有固定的顺序。系统整体软件流程图如图4-1所示。开始开始系统初始化系统初始化光线是否过强或弱距离是否小于设定光线是否过强或弱距离是否小于设定YY声光声光报警NNN是否达到N是否达到45分钟YYYY再次按下再次按下按键按键是否按下YNYN声光声光报警NN图4-1系统软件总体流程图第五章结论与展望本毕业设计在硬件上完成了基于单片机的智能红外视力保护器的设计，并在该平台上使用单片机C语言进行软件设计。经测试，基本达到设计目标，可以完成各项基本功能。在系统的开发过程中，我们遇到了很多困难。在整个过程中，我们严格按照“发现问题-分析问题-解决问题”的思路解决问题。解决。通过这样的设计，我在接受新知识的能力和自学能力上得到了很好的训练，为接下来的工作打下了良好的基础。当然，由于时间关系，本次设计的系统也存在一些不完善之处：（一）坐姿无法监测和纠正；(2)计时功能有些简单。目前只能开机自动开始计时。以上问题还有待进一步完善，比如定时功能，更好的设计应该可以随时实现定时和自定义定时。我相信，通过我的进一步研究，我最终会找到完美的解决方案。参考[1]凌继尧.工业设计理念的演变[J].艺术学院学报,2009,13(3).[2]赫尔曼·凯德尔。通过使用场景结合需求和交互设计[M].人机交互–INTERACT2009。SpringerBerlin/Heidelberg，2009。[3]舒，杭。产品设计中的人性化设计[J]．艺术与设计,2009,11(6).[4]胡国堂，徐超峰。论产品创新设计在产业结构升级中的作用[J].国家经贸核心期刊，2009，9（17）。[5]景.浅析产品设计的人性化[J].科技信息,2009,32(1).[6]范辉．基于设计思维与现代技术约束的工业产品设计[J].机械管理发展,2011,24(3).[7]清江．工业产品设计艺术[J]．中国新技术新产品,2009,15(10).[8]志伟．工业设计中的“绿色设计”[J].装备制造技术,2012,8(2).[9]振华，林灿．绿色产品设计对生态环境的重要