一种智能护眼系统

赵家浩

（佛山科学技术学院，广东 佛山 528000）

一、引言

随着教育事业的发展，中小学生的学业压力不断增加，导致学生的课余时间基本是在书桌上度过的。长时间的学习和不注意的用眼习惯，使学生的视力情况不容乐观。据统计，我国学生的近视率排到世界第二，仅次于新加波，而且我国人口的近时发病率为33%，是世界平均水平22%的1.5倍。而针对学生视力不容乐观的情况，市场对于改善学生视力的电子产品却很少，针对学生在书桌上学习时用眼习惯的不健康的产品更是少之又少。根据此种情况设计研究出一个具有智能护眼，能实时检测学生的学习用眼时间，学习环境的光度，学生眼睛是否是在合适的距离并能实时提醒的系统，改善此种情况。

二、系统概况

该系统的硬件设计以AT89S51单片机为核心处理器，通过红外传感器获得人与所观看物的距离数据和光敏传感器获得周围环境的光强数据，将数据经过A/D转化传给AT89S51芯片进行处理。如果获得的光强数据表示光线太弱，则会启动提示灯黄色LED灯提示，再控制PWM控制高亮LED灯去调节周围的光度；如果获得的光强数据表示光线太强，则启动蜂鸣器进行报警提示，闪烁LED提示，并控制PWM控制高亮LED灯降低提供的光强；如果获得的距离数据表示人与所观测物太近，则启动蜂鸣器报警，并闪烁红色LED灯进行提示。环境的光度情况和距离的情况都会再显示模块显示出来，并显示当前工作使用的时间，若使用时间超过一定的时间，系统将启动蜂鸣器报警，并用高频的闪烁红色和黄色LED提示。如果用眼习惯正确并用眼环境正常的话，系统会显示绿色LED灯，并且关掉之前用眼习惯不正确和用眼环境不合适的提示设备。

三、主要硬件设计

（一）电源模块

电源模块可使用5.0V直流电压作为供电电源，用于对红外传感器、光敏传感器、A/D转换模块、显示模块及单片机等供电。

（二）显示模块

显示模块采用LCD1602作为显示屏，用于显示当前系统工作的时间，和显示周围环境光强的情况和人到所观看物的距离情况。显示屏LCD1602的具体主要接法是将单片机AT89S51芯片的P0口作为数据的传输口，将P2.7与LCD1602显示屏的使能端口相连，P2.6与LCD1602数据/指令控制端口相连，P2.5与LCD1602读/写控制端口相连。

（三）AT89S51芯片控制系统

以11.0592MHz的晶振作为提供AT89S51芯片的工作时钟。将晶振插在图中的P5中的1、3接口，再晶振的两端分别加上30pF的电容进行滤波处理。AT89S51芯片主要是通过将A/D转换模块获得的数据进行处理，然后通过一定的判断和算法，对提示LED灯，显示屏LCD1602等做出反应。

（四）高亮LED控制驱动电路

该驱动电路通过单片机IO管脚的输出高低电平来控制LED灯的亮度，通过控制PWM输出的占空比来调节LED的亮度。

四、软件设计

软件设计主要是在系统工作中，不断获取传感器获得的数据，保证系统对环境的及时性。

先将获得的数据与预先设置阈值比较，对情况进行编码。然后根据得到的情况编码去运行相应的函数。如果获得光线强度弱，则会通过IO端口置高电平启动提示灯黄色LED灯提示，再控制增加PWM的占空比控制高亮LED灯去调节周围的光度；如果获得光线强度太强，则通过给高电平启动蜂鸣器进行报警提示，闪烁LED提示，并控制减小PWM控制高亮LED灯降低提供的光强；如果获得的距离数据太小，则控制IO口输出高电平启动蜂鸣器报警，并闪烁红色LED灯进行提示。如果用眼情况正常，则将之前设置提示的IO口拉低电平，并通过拉高IO电平控制绿色LED亮。在每次判断结果都将结果显示在显示屏上。在系统工作时，定时器则开始计时，若工作时间超过一定时间，则控制器会控制IO输出频率高的方波给红色和黄色LED灯供电，红色和黄色LED灯不断地闪烁。软件设计框图如图1如下：

图1 软件设计框图

五、结论

该设计具备实时检测学生学习时与书本的距离、学习时周围的环境光强并自动补光、自动计时的功能，并且能够在当学生用眼不健康或者周围光度不适合学习的时候，进行提醒。该系统具有经济实用，能够对学生学习时用眼习惯进行一定改善，对改善学生近视有一定改善意义。