摘 要本文研究的是一款能够实现实现阅读者与书桌之间距离测量、阅读光线强度测量、学习时间设定等功能的视力保护器系统，并且当眼睛与书本之间距离过近、光线太暗、学习时间过长时都会引起明显的报警功能，这款系统是基于STC89C51单片机开发平台而设计实现的，整个系统可以分为基于STC89C51单片机及其外围电路的硬件系统和基于C语言开发的软件系统两大部分。在软件系统设计方面采用了C语言构建程序代码并将其分为主程序、LCD1602液晶显示屏、有源蜂鸣器、HC-SR04测距模块、DS1302实时时钟芯片和光强检测器驱动子程序等。在硬件系统的设计方面本课题选用了LCD1602显示器、蜂鸣器、HC-SR04超声波传感器、实时时钟芯片和光强检测器等一些主要器件，根据这些器件的官方资料设计出其驱动电路后与STC89C51单片机进行连接，从而实现整体的硬件驱动。最终通过硬软件系统两部分的联合调试，实现了预期设计的功能指标，通过系统的多方测试结果表明，这款系统能够稳定工作，综合选用的器件和开发时间成本来看，这款系统的性价比非常高。
目录
一、 引言 1
（一） 智能视力保护器的发展背景 1
（二） 智能视力保护器的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案设计及元器件选择 3
（一） 智能视力保护器的方案设计 3
（二） STC89C51单片机简介 3
（三） LCD1602液晶显示屏简介 4
（四） 超声波传感器简介 4
（五） 光敏传感器简介 5
三、 系统硬件设计 6
（一） 最小系统电路设计 6
（二） LCD1602显示电路设计 6
（三） 报警电路设计 7
（四） 距离测量电路设计 8
（五） 北京时间计时电路设计 9
（六） 光线检测电路设计 9
四、 系统软件设计 11
（一） 智能视力保护器的主程序流程设计 11
（二） 显示屏驱动子程序流程设计 11
（三） 报警子程序设计 12
（四） 书本与眼睛之间距离测量子程序设计 12
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（五） DS1302驱动子程序设计 14
（六） 光线采集子程序设计 14
五、 实物制作与安装 16
总结 20
参考文献 21
致 谢 22
附录一 原理图 23
附录二 PCB图 24
附录三 元件列表 25
附录四 程序 26
引言
智能视力保护器的发展背景
智能视力保护器系统的发展与单片机技术紧密相关，从上个世纪八十年代至今单片机技术已经经历了三十多年的发展历程，从最初的四位机到当今正在完善的六十四位机，可谓是飞速发展，然而最早的智能视力保护器系统的出现是在单片机技术出现之前就已经登上了历史舞台，当时电子技术的发展还处于模拟电子、大型继电器组控制器为主的阶段，此时的智能视力保护器系统内部主要是由一些功能简单、外形体积特别庞大的模拟电路作为核心架构，当然一些应用环境中还要求当时的系统必须具备控制功能，可以使得用户能够根据需求灵活的对智能视力保护器系统的工作参数和过程进行一些选择和控制，那时候需要通过继电器组构成简易的控制器来实现控制作用，使得智能视力保护器系统能够完成一些控制功能。
本课题将要设计的这款智能视力保护器系统是科学技术飞速发展后的一个必然产物，虽然在此之前这种控制系统的相关产品已经出现，但是越来越多的用户已经无法满足于这些产品的实现现状，相比于他们每天都在使用的智能手机、智能仪器来说，智能视力保护器系统的智能程度还远远无法达到这个阶段。智能视力保护器系统设计的关键在于对其内部主控微处理器的选择方面，对目前市面上大多数的智能视力保护器系统进行调研之后可以发现，三十二位机已经在大多数的微型系统中开始广泛使用，其中多核并行运行的ARM架构更是一些嵌入式系统中常用的控制架构，这种多核共同工作的模式能够大幅度的提升微型系统的运算速度，受到手持设备以及需要海量运算的电子仪器的青睐，另外越来越多的大型企业开始了六十四位机的研究，在不久的将来一旦这种性能更高的微处理器被研发出来，那么智能视力保护器系统的工作性能能够再次发生一个质的飞跃，另外在智能视力保护器系统内部，软件程序的工作效率也在近些年来不断被提升，在过去一段时间内很多用户反应智能视力保护器系统在长时间工作状态下会不可避免的发生一系列的死机或者运算错误等现象，这常常是由于编程者在编写代码时产生了没有注意到的细节，导致程序在运行过程中或多或少的出现数组越界等现象，长时间运行后必将导致死机或者工作错误的现象。
智能视力保护器的国内外发展现状
通过对一份资料的调研可以总结出，近年来国内许多研究所或者企业都开始了对于智能视力保护器系统的研究，经过了这几年的研究推出了一些中高端性能的智能视力保护器系统，与此同时他们也正在对国外的先进传感器研发技术进行学习和掌握，期盼有朝一日能够自主设计出高端电路模块，将其植入到智能视力保护器系统中。智能视力保护器系统在最近几年时间内在性能方面取得了巨大的提升，另外在成本方面，通过对目前市面上中高低端三种不同级别的智能视力保护器系统进行调查后发现，业内整体的成本水平正在呈现不断下降的趋势，但是性能却在不断提升。
本文主要研究内容
本课题的主要内容是成功实现了一款具有多项智能功能的智能视力保护器系统，经过了多项测试这款智能视力保护器系统表现出了非常高的稳定性和实用性，通过STC89C51单片机来作为主控实现一款具有视力保护功能的控制系统，并实现如下指标功能：
实现阅读者与书桌之间距离测量。
阅读光线强度测量。
学习时间设定等功能。
方案设计及元器件选择
智能视力保护器的方案设计
可以设置超声波的报警距离，可以设置光线强和弱的报警值，可以设置学习时间报警的功能，该功能通过图1中的按键电路来实现。当超声波测到使用者身体（脸部）到写字台的距离低于设定值时，会发出声光报警，提醒使用者计时调整坐姿，该功能通过图1中的HCSR04超声波传感器的测距功能来实现。学习环境光线自动检测，当光线亮度低于下限值或高于上限值都会引起声光报警，提醒用户调整光线强度，该功能通过光线检测电路来实现。 学习时间自动检测，当学习实践达到45分钟时，声光报警，提醒使用者休息片刻，该功能通过DS1302计时电路来实现。智能视力保护器系统运行过程中的数据可以通过图中的显示模块来进行显示，选用LCD1602液晶屏，实现高清显示参数的功能；当检测到需要进行报警时通过下图中的报警器模块来实现，采用有源蜂鸣器器件来进行构建；


图1 智能视力保护器系统设计框图

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