青少年视力保护仪

LOGO青少年视力保护仪11106126陈蛟11106139王敬2020/5/281课程设计1、背景近视是青少年中较为普遍的问题。看书时间过长，看书环境不适合，看书姿势不正确等是导致这一问题的部分原因。在课程设计实验中，我们小组选取青少年视力保护仪这一课题，目的是设计一个装置，能够在上面这些情况下报警，从而减少上面这些原因给青少年视力造成的不良影响。2020/5/28课程设计22、技术指标要求1）定时：看书或作业超过一定时间后，语音提示阅读时间过长，并且指示灯亮。具体看书持续时间可以在软件中设置，预设为45分钟。2）光敏：光线较弱不适合阅读时，蜂鸣器发声，提示光线不足，并且指示灯亮。光线强弱阈值的选择可以通过调节滑动变阻器实现，选取了一个较为合理的指标后便可以保持不变。3）测距：阅读姿势不正确，即眼睛离书本太近时，蜂鸣器发声，提示改正坐姿，并且指示灯亮。距离预设为30cm，可调节。2020/5/28课程设计33、方案论证1）计时与定时采用PCF8563对比方案：直接用单片机PCF8563是专用的时钟芯片，计时准确。将该芯片初始化后，它便开始计时，从里面读取时间数据显示出来即可，这样编程所需的计算量便很小。另一方面，PCF8563提供了较多的其他功能，如定时，分钟、时钟、日期、星期报警等，所以实验要求的功能很方便。实现这些功能所需的单片机编程很复杂，我们采用PCF8563。2020/5/28课程设计42）判断光线是否充足采用光敏电阻对比方案：采用光敏芯片ON9668通过查阅资料，我们找到光敏芯片ON9668，但没有购买到，所以最终采用光敏电阻。事实上，光敏电阻的良好性能足以使我们完成目标，因此光敏芯片似乎不是那么必要。2020/5/28课程设计53）距离采用红外发射和接收对比方案：水银开关、超声测距主要有红外、超声和水银开关三种形式，各有各的特征。我们选择的是红外，另外两个与我们做同一课题的小组分别选择其他两种，最后都得出了想要的结果。由于环境中有大量红外线存在，所以要选择性地发射和接受一定频率的红外线，这样才能准确的实现测距的功能，并且不会受环境太大的影响。2020/5/28课程设计64）报警采用语音芯片ISD1420报警选用的是语音芯片ISD1420，它能分段录音20s左右，再通过选取地址分段放出。在不同情况下放不同的音，从而达到报警的功能。2020/5/28课程设计75）编程采用C语言对比方案：汇编语言我们选择C语言编程，因为它比汇编语言结构上更清晰，易于调试，并且C语言适宜于处理大量计算。通过这门课程学习一些新的知识是我们选择C语言的另一原因。由于以前没有学习过，所以开始使用时存在很多困难，借阅相关书籍学习之后便解决了一些问题，很好的完成了要求的软件设计。2020/5/28课程设计84、系统框图2020/5/28课程设计9调整时间开始确定液晶显示器开始计时定时时间到语音提示看书时间过长看书时间过长报警灯亮光线过暗INT0语音提示光线过暗光线过暗报警灯亮距离过近INT1语音提示坐姿不正确距离过近报警灯亮5、单元电路设计、参数计算、元器件选取1）时钟芯片将PCF8563的两个引脚SCL、SDA分别接到P1.0、P1.1，通过单片机的P1口模拟I2C总线进行通讯。2020/5/28课程设计102）光敏部分2020/5/28课程设计11亮电阻暗电阻2020/5/28课程设计123）红外发射部分发射频率为2020/5/28课程设计13KHZ411CR4R1244.1）（4）红外接收部分对特定频段进行处理，从而可以排除环境因素的干扰。图中R23是用来调节接收频率的，200KΩ对应接收频率为40KHZ左右。2020/5/28课程设计145）语音芯片部分ISD1420是使用方便的单片20s语音录放芯片；存储的语音信号可以不耗电保存较长时间；可以反复录放；可以分段进行信息处理1至160段；5V单电源工作。运行相应程序后，按S1键开始录音，可以分多段进行录音，我们只需要录三段音即可。按S2键可以分段放音。使用时，先录三段音，再将语音芯片接到单片机上，在中断里调用该芯片，从而决定播放哪段录音。2020/5/28课程设计152020/5/28课程设计166、电路原理图2020/5/28课程设计177、工作原理先给语音芯片录三段音。给该装置上电后，先调节时间，按确定键后时钟芯片开始运行，并按设定参数进行定时。定时时间到后，语音报警并且相应的报警灯亮。该装置运行过程中，一旦光线过暗，或者看书人离桌面太近，语音报警并且相应的报警灯亮。2020/5/28课程设计188、软件设计程序设计分为两部分,一部分用于控制ISD1420进行分段录音和放音,录好音后供主程序调用。另一部分为主程序，在主程序中，实现时钟芯片初始时间的设定，读取芯片时间并在数码管上显示，同时在外界的光线过暗或人距离书本过近时，响应中断，并在中断中控制语音芯片放音以及控制相关的LED灯发光。2020/5/28课程设计19语音芯片在与单片机进行连接时，地址线A0，A1，A2，A7接地，A3，A4，A5，A6分别接在单片机P1口上的P1.0,P1.1,P1.2,P1.3，则三段录音的首地址分别为0x28,0x50和0x78，每段录音时间大约为5秒。REC及PLAYL分别接在P1.4及P1.5,分P1.6及P1.7分别定义为RECORD键和PLAY键。在运行录音程序时，按下RECORD键后进行录音，按三次则录完三段音；录音完成后可按PLAY键进行放音，按一下放一段音，用于检测录音效果。2020/5/28课程设计20光线太暗输出接中断0，距离太近输出接中断1。主程序中，通过模拟I2C总线与PCF8563进行通信，主程序开始运行时，先向时钟芯片写入初始时间和倒计时时间，接着等待按键以调节初始时间，达到校准时间的目的。设置完后开始读取PCF8563的时间并在数码管上显示，这时若有外部中断，则进入中断服务程序。2020/5/28课程设计212020/5/28课程设计22YESYESYESYESNONONONO开始结束等待按录音键按下录音键？录音满3次？录音等待按放音键按下放音键？放音满3次？放音YESNO发送数据及设计定时选择时/分加1或减1此次结束？NO选择读数据确定显示时间报警YES定时时间到？开始时钟芯片部分录音及放音部分中断部分2020/5/28课程设计23光线过暗INT0语音提示光线过暗光线过暗报警灯亮距离过近INT1语音提示坐姿不正确距离过近报警灯亮9、电路的调试，测试数据记录、分析上电后通过按键可以调节起始时间，确定后时间显示很正常，定时也很准确；一旦遮住光敏电阻，语音报警并且相应的报警灯亮；人离桌面太近，低于30cm左右，语音报警并且相应的报警灯亮。结果都符合要求。2020/5/28课程设计2410、存在问题1、距离似乎没有办法随心所欲地调节，至少很不敏感；2、是否能检测到红外线与反射物靠近装置的速度有关，当速度很慢时并不能检测到什么；3、即使检测到红外线，也只是出现一个瞬时的低电平，而不是老师所要求的稳定的低电平。4、产生中断并报警时，时间显示暂停。2020/5/28课程设计2511、参考文献1）赵亮，侯国锐。单片机C语言编程与实例。人民邮电出版社。2019年9月第1版。2）龚运新。单片机C语言开发技术。清华大学出版社。2019年10月第1次印刷。3)李朝青。单片机原理与接口技术。北京航空航天大学出版社。2019年10月第3版。4）刘京南主编，王成华副主编。电子电路基础。电子工业出版社。2019年1月第3次印刷。5）PCF8563日历时钟芯片原理及应用设计。广州周立功单片机发展有限公司。6）ISD1110/ISD1420系列语音录放集成电路应用说明。7）555时基电路技术手册。8）吴芳，孙志浩，李永峰等。红外测距在防近视中的应用。科技信息。2019年15期。9）李攀峰。水文缆道专用通信调制解调器研制。维库芯片。10）刘遥生。CX20196制作的红外感应自动水龙头。家庭电子。11）周金华，王松德。红外发射接收演示装置设计。洛阳师范学院学报2019年第2期，41-43页。12）王红。一种单片机控制的自动洗手机的硬件设计。科技资讯。2019年22期。2020/5/28课程设计26LOGO