目录
一、引言 1
（一）课题的背景 1
（二）国内外研究现状 1
（三）设计内容 1
二、 超声波视力保护仪系统总体方案及元器件介绍 2
（一）方案选择 2
（二）AT89C51简介 3
（三）超声波传感器 4
三、 超声波视力保护仪系统硬件设计 6
（一）原理图设计 6
（二）AT89C51单片机最小系统设计 7
（三） 测距模块 8
四、超声波视力保护仪系统软件设计 9
（一）主程序流程图设计 9
（二）子程序流程图设计 10
五、超声波视力保护仪的安装与调试结果 11
（一）电子电路的安装与调试 11
（二）软硬件联调及结果演示 11
六．总结与展望.13
七、致谢 14
参考文献 15
附录一 原理图 16
附录二 PCB图 17
附录三 元器件清单 18
附录四 程序 18
一、引言
（一）课题的背景
随着中国经济的迅猛发展，电视、电脑已经进入了每个人的家庭，提高了人们的生活质量。同时，许多青少年由于长时间看电视或者玩电脑加上学习时不规范的坐姿，青少年的近视率每年正在不断增长，这种情况引起了当今社会各界广泛的关注。根据一份机构的调查显示，我国的大学生、高中生、初中生以及小学生的近视率分别占其总人数的80%、73%、73%、27%。比这更糟糕的情况是占调查人数近一半的家长和学生对保护视力缺乏相关基本知识，既不懂得提前预防也不明白近视的危害后果，所以导致42%的学生本来 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$ 
能够通过矫正技术来改善视力但却没有得到治疗而最终近视。根据国家教育部和卫生部的一个联合调查显示，我国青少年的近视发生率已经处于第二的位置，更为严重的是，人数处于全球之首。在全国范围内，眼疾患者和近视患者将近有三亿人之多，这种糟糕的情况将不断恶化，如果不采取妥当的预防措施，我国的综合实力将会受到影响。
（二）国内外研究现状
目前国外对视力保护仪的研究已经非常深入，大多采用多传感器的智能感控技术，将各种功能的小型传感器安装在保护仪的表面或者内部，通过对环境中的光照强度、温度、看书时间等相关环境参数进行采集，将数据传给嵌入在保护仪内部的微处理机进行处理，从而实现对使用者的语音提醒、电源关闭、眼部按摩等功能，使得近视率能够大幅降低。新疆乌鲁木齐市电子科技有限公司就生产了一款“学生1.5视力保护器”。它的功能是当使用者的坐姿不当时，保护器进行语音提示。国外也有致力于对视力保护的研究，但这些研究更倾向于对近视的研究。2008年1月，中星微电子全球首推PC摄像头智能测距技术，通过由摄像头图像采集芯片扑捉具有人脸的图像，同时采用先进的人脸检测和眼睛定位技术自动的对图像进行分析，从而测定出眼睛与显示屏幕的距离，实现了人性化的保护用者眼睛功能，但是此项技术需运用处理功能强的摄像头芯片，且成本高，价格昂贵，获取图像后的处理较麻烦，修改参数时不支持密码功能。而在国内，对于视力保护仪的研究也渗入了各个高等院校，由于单片机以及智能技术在中国的普及，对于设计一种简单有效的超声波视力保护仪已经不是难事。
（三）设计内容
此次设计的内容为“基于AT89C51的超声波视力保护仪设计”，其核心是利用超声波技术来测量使用者与书桌的距离，当坐姿不规范时发出报警信号的仪器。其主要能够实现当眼睛距离书桌少于等于30cm即坐姿不规范时，AT89C51单片机驱动蜂鸣器进行报警；而当眼睛距离书桌大于30cm时即坐姿规范时，保护仪处于待机状态。在此系统中，超声波传感器是其中不可缺少的距离采集模块，超声波在测距时能够得到精确的距离。超声波和光线一样，同样具有散射和反射特性，当由超声波传感器发出的超声波遇到障碍时会发生多次的反射，当超声波再回到传感器时，将会产生一个距离差，这个距离差会严重影响超声波的工作，但是可以利用软件校准来减少影响，从而实现准确的定位。
本设计选用T/R-40-12小型超声波传感器模块作为本系统的探测模块，并配合显示模块、报警模块与51单片机最小系统组成本超声波避障系统。首先通过单片机的定时器产生一个脉冲信号来驱动超声波传感器模块，使其开始对外连续发送40kHz的超声波，并且单片机的计时器开始计时。当超声波遇障被返回时，超声波的接受器接收到该超声波，并且计时器停止计时，并将计时值保存下来并通过液晶显示器显示出来。与此同时，单片机根据测到的距离来判断使用者坐姿是否规范，当不规范时，通过蜂鸣器发出报警提示。
二、超声波视力保护仪系统总体方案及元器件介绍
（一）方案选择
方案一：采用DSP芯片作为控制核心，TI公司生产的TMS320F28335芯片性能优良，片内集成了大量的常用模块，如16路AD采样通道以及高精准的PWM输出，是工控领域的新型宠儿，然而其成本较高，对于此次的设计来说，无疑增加额外的负担，并且TMS320F28335的优秀性能用在本次设计中时大材小用。另外其开发资料片目前较少，不利于系统的开发。
方案二：采用FPGA或者CPLD芯片作为控制核心，片外结合T/R-40-12小型超声波传感器模块、LCD1602液晶显示器模块、报警模块、单片机最小系统模块而构成。FPGA的显著特点是速度远高于单片机，其主频动辄上百兆的速度，是数字信号处理的首选，但本次设计的自动窗帘启闭系统对于处理速度没有过高的要求，并且考虑到过高的数字信号会给整体系统带来不稳定性，使最终的设计可靠性得不到保障。
方案三：采用51单片机作为控制核心，配合片外结合T/R-40-12小型超声波传感器模块、LCD1602液晶显示器模块、报警模块、晶振电路模块以及复位电路等模块而构成，由于51单片机再业界内已经具备了相当成熟的开发技术并且开发资料丰富，对于完成本次毕业设计是绝对有利的，另外该方案成本低廉，模块分明并且稳定性强。
综合上述三个方案的分析，可以发现采用DSP作为主控芯片时有一种大材小用的感觉，不但其高速地处理速度得不到应用，并且其内部丰富的资源也将被浪费；而采用FPGA或者CPLD时，其上百兆的主频无疑会使得保护仪的稳定性下降；而51单片机不但性能稳定，其成本也是本次设计所能接受的，因此本次设计采用方案三作为超声波视力保护仪的最终设计方案。
本超声波视力保护仪采用AT89C51单片机作为控制核心，它通过超声波传感器发出和接收的信号来计算出使用者距离书桌的距离，通过LCD1602液晶显示器将参数显示出来。当使用者距离书桌距离少于30cm时，保护仪发出警报提醒使用者立刻规范坐姿；当使用者距离书桌距离多于30cm时，保护仪无动作触发，处于待机模式。下图2-1为本设计的大体结构框图。
图2-1 超声波避障系统总框图
根据图2-1可以得出系统中由AT89C51单片机和复位电路以及晶振电路组成单片机最小系统，单片机控制超声波传感器采集距离数据并对器进行判断，当距离过小时通过蜂鸣器报警模块进行报警，并且将距离数据显示在LCD1602液晶显示器上。
（二）AT89C51简介

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