畢業(yè)設(shè)計(jì)--一種預(yù)防近視多功能臺燈的設(shè)計(jì)

1、<p>　　本科學(xué)生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）</p><p>　題目(中 文):一種預(yù)防近視多功能臺燈的設(shè)計(jì)</p><p>　(英 文):Design of multi-function desk lamp on Preventing myopia </p><p>　姓 名</p><p>　學(xué) 號</

2、p><p>　院 （系）</p><p>　專業(yè)、年級</p><p>　指導(dǎo)教師</p><p>　　畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書</p><p>　　本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書</p><p>　　注：本任務(wù)書一式三份，由指導(dǎo)教師填寫，經(jīng)教研室審批后一份下達(dá)給學(xué)生，一份交指導(dǎo)教師，一份留系里存檔。

3、</p><p>　　本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告書</p><p>　　注：此表由學(xué)生本人填寫，一式三份，一份留系里存檔，指導(dǎo)老師和本人各保存一份</p><p>　　畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中期檢查表</p><p>　　注：此表用于指導(dǎo)教師在學(xué)生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）初稿完成后對學(xué)生執(zhí)行任務(wù)書情況進(jìn)行中期檢查時用，由指導(dǎo)教師填寫。</p>

4、<p>　　本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）評審表</p><p>　　說明：評定成績分為優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五個等級，實(shí)評總分90—100分記為優(yōu)秀，80—89分記為良好，70—79分記為中等，60—69分記為及格，60分以下記為不及格。</p><p>　　說明：評定成績分為優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五個等級，實(shí)評總分90—100分記為優(yōu)秀，80—89分記為良好，70—

5、79分記為中等，60—69分記為及格，60分以下記為不及格。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　緒論1</b></p><p>　　1 防近視臺燈控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)3</p><p>　　2 硬件電路設(shè)計(jì)4</p><p>　　2

6、.1 系統(tǒng)總體方案4</p><p>　　2.2 系統(tǒng)硬件的基本組成4</p><p>　　2.3 各模塊的設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)5</p><p>　　2.3.1 主控器模塊5</p><p>　　2.3.2 坐姿矯正模塊5</p><p>　　2.3.3 人體感應(yīng)模塊9</p><p>

7、　　2.3.4 按鍵電路11</p><p>　　2.3.5 報(bào)警電路12</p><p>　　2.3.6 繼電器電路12</p><p>　　2.3.7 溫度檢測電路13</p><p>　　2.3.8 顯示電路14</p><p>　　3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)15</p><p>　　

8、3.1 系統(tǒng)主程序流程圖15</p><p>　　3.2 按鍵子程序16</p><p>　　3.3 定時程序的設(shè)計(jì)17</p><p><b>　　結(jié)論19</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)20</b></p><p><b>　　附錄A:

9、21</b></p><p><b>　　附錄B:22</b></p><p><b>　　附錄C:23</b></p><p><b>　　致 謝25</b></p><p><b>　　插圖索引</b></p><

10、;p>　　圖1-1 設(shè)計(jì)流程圖3</p><p>　　圖2-1 防近視臺燈的基本模塊方框圖4</p><p>　　圖2-2 熱釋電紅外傳感器內(nèi)部電路6</p><p>　　圖2-3 熱釋電紅外傳感器實(shí)物圖7</p><p>　　圖2-4 BISS0001引腳圖7</p><p>　　圖2-5 可重復(fù)觸發(fā)

11、工作方式波形圖8</p><p>　　圖2-6 不可重復(fù)觸發(fā)工作方式波形圖8</p><p>　　圖2-7 坐姿矯正模塊電路圖9</p><p>　　圖2-8 人體感應(yīng)模塊電路圖10</p><p>　　圖2-9 光敏電阻外型圖10</p><p>　　圖2-10 光檢測電路圖11</p>&

12、lt;p>　　圖2-11 信號處理電路圖11</p><p>　　圖2-12 按鍵電路圖12</p><p>　　圖2-13 報(bào)警電路圖12</p><p>　　圖2-14 繼電器電路圖13</p><p>　　圖2-15 DS18B20電路圖13</p><p>　　圖2-16 LCD1602液晶接口

13、圖14</p><p>　　圖3-1 主程序流程圖15</p><p>　　圖3-2 按鍵子程序流程圖16</p><p>　　圖3-3 獨(dú)立按鍵程序圖17</p><p>　　圖3-4 定時中斷服務(wù)子程序流程圖18</p><p>　　附圖1 預(yù)防近視多功能臺燈系統(tǒng)原理圖(一)21</p>

14、<p>　　附圖2 預(yù)防近視多功能臺燈系統(tǒng)原理圖(二)21</p><p>　　附圖3 系統(tǒng)Protues仿真圖22</p><p>　　附圖4 預(yù)防近視多功能臺燈系統(tǒng)實(shí)物圖(一)23</p><p>　　附圖5 預(yù)防近視多功能臺燈系統(tǒng)實(shí)物圖(二)23</p><p>　　附圖6 預(yù)防近視多功能臺燈系統(tǒng)實(shí)物圖(三)24&l

15、t;/p><p>　　附圖7 預(yù)防近視多功能臺燈系統(tǒng)實(shí)物圖(四)24</p><p>　　一種預(yù)防近視多功能臺燈的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著人們學(xué)習(xí)和工作負(fù)擔(dān)的加重，不得不在臺燈下熬夜加班加點(diǎn)，因用眼過度而導(dǎo)致了越來越多人眼睛近視。 </p><p>

16、;　　本研究設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一款防近視多功能臺燈，該臺燈系統(tǒng)由單片機(jī)控制模塊、坐姿矯正模塊、人體感應(yīng)模塊、溫度檢測電路、按鍵電路、顯示電路、報(bào)警電路、繼電器電路和臺燈構(gòu)成。系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為核心，利用單片機(jī)的定時功能，提示人們用眼時間，提醒人們休息眼睛，防止用眼過度，坐姿矯正模塊用于調(diào)整人眼離書本的距離，進(jìn)而起到預(yù)防近視的作用。人體感應(yīng)模塊和繼電器電路實(shí)現(xiàn)人離燈滅、人近開燈的功能以達(dá)到節(jié)約用電的目的。系統(tǒng)還能實(shí)現(xiàn)實(shí)時時鐘和室溫檢測

17、的功能。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測試，此系統(tǒng)能達(dá)到預(yù)期的效果。</p><p>　　關(guān)鍵詞：熱釋電紅外傳感器，BISS0001，AT89C51，防近視臺燈 Design of multi-function desk lamp on Preventing myopia </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Wit

18、h the increasing load of people's learning and work, they have to stay up late to work overtime under the table. It leads to more and more people eye myopia to use excessively eyes.</p><p>　　This study d

19、esigned a multifunctional myopia-preventing desk lamp, the desk lamp system consists of a single chip microcomputer module, a posture correction module, body induction module, the temperature detection circuit, key circu

20、it, display circuit, alarm circuit, relay circuit and desk lamp.the system is based on the AT89S51 single-chip computer, using microprocessor regular function to remind people of the eye using time and rest the eyes, to

21、 prevent the excessive use of eyes. The prevent </p><p>　　Key words: Pyroelectric infrared sensor, BISS0001, AT89C51,Myopia preventing desk lamp</p><p><b>　　緒論</b></p><p&g

22、t;<b>　　研究的背景和意義 </b></p><p>　　當(dāng)代學(xué)生由于面對很大的學(xué)習(xí)壓力，課業(yè)繁重，因此避免不了夜晚學(xué)習(xí)，因此就要用到臺燈。如果長時間在臺燈下看書則必然導(dǎo)致視力下降，現(xiàn)在國內(nèi)的學(xué)生有很多都戴上了眼鏡，這個問題亟待解決。而且如果學(xué)生在臺燈下睡著了，若燈還亮著則必然導(dǎo)致能源損失，同時也影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)。針對以上問題，研究設(shè)計(jì)預(yù)防近視的臺燈是很有必要的，具有實(shí)際意義。此外，此

23、課題的研究對節(jié)省能源及可持續(xù)發(fā)展也有著重要意義</p><p><b>　　國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</b></p><p>　　目前，國內(nèi)外對預(yù)防近視多功能臺燈及控制進(jìn)行了一定的研究，并取得了一定的成果。如天津三星電子有限公司張雅婷，王炳強(qiáng)，李承基設(shè)計(jì)的智能臺燈[1]，是一種利用人的移動信號和光信號來代替開關(guān)的智能臺燈，電路簡單、靈敏度不高，達(dá)不到預(yù)防近視的要求。</p

24、><p>　　上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院的殷杰、姚云、黃行俊、劉一椽設(shè)計(jì)的護(hù)眼臺燈[2]，其組成部分是變壓器整流電路、LED光源部分、控制部分。原理是光源部分采用直流驅(qū)動的LED，沒有頻閃，同時還帶有疲勞調(diào)節(jié)電路和定時點(diǎn)燈模塊電路，解決了現(xiàn)有普通臺燈所用光源具有頻閃及電磁輻射危害，不良習(xí)慣導(dǎo)致視力疲勞的問題，通過改善用眼環(huán)境，從而保護(hù)視力，但這只能達(dá)到光源的穩(wěn)定性而沒有提示報(bào)警系統(tǒng)，因此達(dá)不到理想狀態(tài)無預(yù)防近視功能。</

25、p><p>　　菏澤學(xué)院機(jī)電工程系周景雷設(shè)計(jì)的一種新型多功能控制LED臺燈[3]，是由紅外線控制與人們是否進(jìn)入其工作區(qū)域?qū)?yīng)的臺燈的開啟或關(guān)閉,來節(jié)省人們開啟或關(guān)掉臺燈的時間;由光線強(qiáng)度自動調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)光線的強(qiáng)弱適合人們不同的需要;由人工開關(guān)控制總電源。電路簡單、靈敏度不高，無智能效果達(dá)不到預(yù)防近視的要求。</p><p>　　陜西科技大學(xué)兀旦暉、張俊濤、趙晨飛、楊萍、李秦君、李霞、陳蓓設(shè)計(jì)了一

26、種智能臺燈[4],其主要組成部分包括電源模塊、與電源模塊相連的單片機(jī)、連接在單片機(jī)的輸入端的檢測電路以及連接在單片機(jī)的輸出端的處理電路,所述檢測電路包括熱敏電阻和兩個探測距離不等的熱釋電紅外傳感器,所述處理電路包括報(bào)警電路和燈光控制電路,如此智能控制臺燈的開啟、關(guān)閉以及燈光的強(qiáng)弱,結(jié)構(gòu)簡單,節(jié)約能源,使人類的生活更加便捷,但未達(dá)到預(yù)防近視的效果。</p><p>　　此外人們對臺燈控制也做了不少研究，如用語音模式

27、、觸摸式等，但這些智能臺燈裝置多為成品，不便于二次開發(fā)，另外價(jià)格過高，不適合在學(xué)生群中普及使用。針對以上的研究情況，采用熱釋電紅外傳感器來檢測人體信號，并用單片機(jī)智能化來控制臺燈。另外對節(jié)省能源及可持續(xù)發(fā)展的思想在學(xué)生群中的推廣有著重要的意義，且在家里作為一般的照明燈有著廣闊的應(yīng)用前景。</p><p>　　以上各種研究都有其優(yōu)缺點(diǎn)，為此，設(shè)計(jì)了“預(yù)防近視多功能臺燈”。本設(shè)計(jì)創(chuàng)新性地實(shí)現(xiàn)了根據(jù)光強(qiáng)來自動調(diào)節(jié)臺燈的

28、亮度，并提醒讀者矯正坐姿以及實(shí)現(xiàn)對看書時間的控制，為學(xué)生的學(xué)習(xí)生活帶來了很大的幫助。在本研究性試驗(yàn)中，以AT89C51單片機(jī)和BISS0001為核心，設(shè)計(jì)出8個模塊分別是，單片機(jī)控制模塊、坐姿矯正模塊、人體感應(yīng)模塊、溫度檢測電路、按鍵電路、顯示電路、報(bào)警電路、繼電器電路。通過這8個模塊的共同作用實(shí)現(xiàn)節(jié)能、糾正坐姿、預(yù)防近視的目的。</p><p>　　課題研究的目的和主要內(nèi)容</p><p&g

29、t;<b>　　(1)主要研究目的</b></p><p>　　設(shè)計(jì)并制作一種防近視臺燈，主要是以BISS0001和單片機(jī)組成的紅外傳感控制電路。其特點(diǎn)是在有人時且外界光強(qiáng)較弱時能自動開燈，無人時關(guān)燈，節(jié)約能源；且能糾正坐姿，防止近視。</p><p><b>　　(2)主要研究內(nèi)容</b></p><p>　　a. 研究

30、傳感模塊的檢測方法；</p><p>　　b. 傳感模塊具體感應(yīng)實(shí)現(xiàn)方法；</p><p>　　c. 傳感與單片機(jī)控制系統(tǒng)的研究；</p><p>　　d. 安全距離檢測的研究；</p><p>　　e. 報(bào)警系統(tǒng)的研究。</p><p>　　防近視臺燈控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)</p><p>　　本

31、系統(tǒng)制作的主要設(shè)計(jì)源泉來源于生活，因此創(chuàng)新之處也在于處理生活中一些比較常見的問題，主要是以紅外熱釋電處理芯片BISS0001和單片機(jī)組成的紅外傳感控制電路。其原理是：以人體紅外輻射（波長為9.5um）為傳感信號，當(dāng)人體在臺燈的范圍內(nèi)且環(huán)境光強(qiáng)較弱時，自動感應(yīng)開燈，省去黑夜摸燈的麻煩；當(dāng)人離開臺燈傳感器檢測范圍，自動感應(yīng)關(guān)燈。另外當(dāng)人身體太靠近桌面時，臺燈自動感應(yīng)，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)，警告糾正坐姿，同時燈光控制電路控制燈光變暗，若在一定時間內(nèi)

32、未離開桌面則自動熄滅，當(dāng)糾正好坐姿則消除警報(bào)，燈光變亮。其特點(diǎn)是自動開關(guān)燈，節(jié)約能源；且能糾正坐姿，防止近視。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)流程如圖1：</b></p><p><b>　　圖1-1設(shè)計(jì)流程圖</b></p><p><b>　　硬件電路設(shè)計(jì)</b></p><

33、p><b>　　系統(tǒng)總體方案</b></p><p>　　系統(tǒng)可以劃分為控制部分和信號檢測部分。</p><p>　　信號檢測部分包括：人體感應(yīng)模塊、坐姿矯正模塊、按鍵電路、溫度檢測電路。</p><p>　　控制部分包括：單片機(jī)控制模塊、顯示電路、報(bào)警電路、繼電器電路。</p><p>　　基本模塊框圖如下圖所示

34、。</p><p>　　圖2-1防近視臺燈的基本模塊方框圖</p><p><b>　　系統(tǒng)硬件的基本組成</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)是一個關(guān)于光、電一體的綜合設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中運(yùn)用了檢測技術(shù)、自動控制技術(shù)和電子技術(shù)。系統(tǒng)可分為傳感器檢測部分和智能控制部分。</p><p>　　傳感器檢測部分：檢測人體輻射紅外信號及

35、光強(qiáng)信號經(jīng)過處理后變成可處理的數(shù)字信號。傳感器檢測部分包括4個單元電路：人體感應(yīng)模塊、坐姿矯正模塊、按鍵電路、溫度檢測電路。</p><p>　　智能控制部分：系統(tǒng)中控制器件根據(jù)由傳感器變換輸出的電信號進(jìn)行邏輯判斷，控制繼電器、液晶顯示，完成了防近視臺燈控制和顯示各狀態(tài)等各項(xiàng)任務(wù)?？刂撇糠职?個主要單元電路：單片機(jī)控制模塊、繼電器電路、顯示電路、報(bào)警電路。</p><p>　　各模塊的設(shè)

36、計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)</p><p><b>　　主控器模塊</b></p><p>　　主控器主要用于定時、各個傳感器信號的接收和辨認(rèn)、控制臺燈的亮和滅以及各個模塊的控制等。</p><p>　　方案一：采用FPGA（現(xiàn)場可編程門列陣）作為系統(tǒng)的控制器。FPGA可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，規(guī)模大，密度高，它將所有器件集成在一塊芯片上，減小了體積，提高

37、了穩(wěn)定性，并且可應(yīng)用EDA軟件仿真、調(diào)試，易于進(jìn)行功能擴(kuò)展。FPGA采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模實(shí)時系統(tǒng)的控制核心。由檢測模塊輸出的信號并行輸入FPGA，F(xiàn)PGA通過程序設(shè)計(jì)控制水泵做出相應(yīng)的動作，但由于本設(shè)計(jì)對數(shù)據(jù)處理的速度要求不高，F(xiàn)PGA的高速處理的優(yōu)勢得不到充分體現(xiàn)，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同時由于芯片的引腳較多，實(shí)物硬件電路板布線復(fù)雜，加重了電路設(shè)計(jì)和實(shí)際焊接的工作[5]。</p

38、><p>　　方案二：采用ATMEL公司的AT89C51作為系統(tǒng)控制器的CPU方案。單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且由于其功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)，使其在各個領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[5]。</p><p>　　基于以上分析擬訂方案二。在本設(shè)計(jì)中，我們采用了AT89C51單片機(jī)對六個單元模塊進(jìn)行監(jiān)測和控制，這樣提高了系統(tǒng)的工作效率，同時減

39、少了外圍設(shè)備。</p><p>　　單片機(jī)接收從傳感器檢測電路輸入的邏輯信號和脈沖信號，并將輸入的信號進(jìn)行處理運(yùn)算，以控制電流或控制電壓的形式輸出給被控制的單元電路，完成各項(xiàng)任務(wù)要求。</p><p>　　單片機(jī)AT89C51外接顯示電路、溫度檢測電路、人體感應(yīng)模塊、坐姿矯正模塊、按鍵電路、繼電器電路、顯示電路、報(bào)警電路。其中人體感應(yīng)模塊、坐姿矯正模塊、溫度檢測電路、按鍵電路是信號輸入，繼

40、電器電路、顯示電路、報(bào)警電路是信號輸出。</p><p><b>　　坐姿矯正模塊</b></p><p>　　該模塊是由熱釋電紅外傳感器、信號處理電路、芯片BISS0001、延時調(diào)節(jié)電路和靈敏度調(diào)節(jié)電路構(gòu)成。其功能是矯正坐姿和防近視。</p><p>　　坐姿矯正模塊主要利用的是熱釋電紅外傳感器，去感應(yīng)判斷實(shí)現(xiàn)其矯正坐姿和防近視功能。熱釋電紅

41、外傳感器本身采集到的信號是很微弱的，感應(yīng)的范圍也很小，在它正面加上一個菲涅爾透鏡以后，它的信號采集范圍可以增大到10米左右。本次設(shè)計(jì)對熱釋電紅外傳感器的性能要求比較高，它采集回來的信號將直接影響燈光控制電路和報(bào)警電路的控制行為。首先，這種傳感器要對人體發(fā)出的紅外線感應(yīng)很靈敏，而對其他的小動物發(fā)出的紅外線不起作用。其次，是能夠感應(yīng)較遠(yuǎn)距離的紅外信號，這就需要借助于菲涅爾透鏡的聚焦作用?，F(xiàn)介紹熱釋電紅外傳感器的構(gòu)成、工作原理以及坐姿矯正模塊

42、電路。</p><p>　　熱釋電紅外傳感器內(nèi)部電路及工作原理</p><p>　　熱釋電紅外傳感器的作用是檢測人或某些動物發(fā)射的紅外線并轉(zhuǎn)換成電信號輸出。熱釋電紅外傳感器內(nèi)部由光學(xué)濾鏡、場效應(yīng)管、傳感器（熱釋電元件)、偏置電阻、EMI電容等元器件組成，其內(nèi)部電路如圖2-2 所示。</p><p>　　光學(xué)濾鏡的主要作用是只允許波長在10μm左右的紅外線(人體發(fā)出的

43、紅外線波長)通過，而將燈光、太陽光及其他輻射濾掉，以抑制外界的干擾。 紅外感應(yīng)源通常由兩個串聯(lián)或者并聯(lián)的熱釋電元件組成，這兩個熱釋電元件的電極相反，環(huán)境背景輻射對兩個熱釋電元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生的熱釋電效 應(yīng)相互抵消，輸出信號接近為零[7]。一旦有人侵入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元件接收，由于角度不同，兩片熱釋電元件接收到的熱量不同，熱釋電能量也不同，不能完全抵消，經(jīng)處理電路處理后輸出控制信號。 &l

44、t;/p><p>　　圖2-2 熱釋電紅外傳感器內(nèi)部電路</p><p>　　圖2-3 熱釋電紅外傳感器實(shí)物圖</p><p>　　BISS0001芯片簡介</p><p>　　BISS0001是一款高性能的被動式熱釋電紅外線傳感信號處理器，是由運(yùn)算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時間定時器以及封鎖時間定時器等構(gòu)成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐?，引腳

45、圖如下圖所示：</p><p>　　圖2-4 BISS0001引腳圖</p><p><b>　　工作原理：</b></p><p>　　可重復(fù)觸發(fā)工作方式下的波形在Vc=“0”、A=“0”期間，信號Vs不能觸發(fā)Vo為有效狀態(tài)。在Vc=“1”、A=“1”時，Vs可重復(fù)觸發(fā)Vo為有效狀態(tài)，并可促使Vo在Tx周期內(nèi)一直保持有效狀態(tài)。 在Tx時間內(nèi)

46、，只要Vs發(fā)生上跳變，則Vo將從Vs上跳變時刻起繼續(xù)延長一個Tx周期；若Vs保持為“1”狀態(tài)，則Vo一直保持有效狀態(tài)；若Vs保持為“0”狀態(tài)，則在Tx周期結(jié)束后Vo恢復(fù)為無效狀態(tài)，并且，同樣在封鎖時間Ti時間內(nèi)，任何Vs的變化都不能觸發(fā)Vo為有效狀態(tài)。</p><p>　　圖2-5 可重復(fù)觸發(fā)工作方式波形圖</p><p>　　不可重復(fù)觸發(fā)工作方式下的波形在Vc=“0”時，在Tx時間內(nèi)任何

47、V2的變化都被忽略，直至Tx時間結(jié)束，即所謂不可重復(fù)觸發(fā)工作方式。當(dāng)Tx時間結(jié)束時，Vo下跳回低電平，同時啟動封鎖時間定時器而進(jìn)入封鎖周期Ti。在Ti時間內(nèi)，任何V2的變化都不能使Vo跳變?yōu)橛行顟B(tài)（高電平）,可有效抑制負(fù)載切換過程中產(chǎn)生的各種干擾。</p><p>　　圖2-6 不可重復(fù)觸發(fā)工作方式波形圖</p><p>　　坐姿矯正模塊工作原理</p><p>

48、　　在電路設(shè)計(jì)部分中，單片機(jī)在本次防近視臺燈設(shè)計(jì)中的主要控制單元，主要控制電路燈光，控制電路是在單片機(jī)的控制下工作。熱釋電紅外傳感器在設(shè)計(jì)中起著重要的作用，圖2-7是由熱釋電紅外傳感器、光檢測電路、信號處理電路、芯片BISS0001、延時調(diào)節(jié)電路和靈敏度調(diào)節(jié)電路。熱釋電紅外傳感器只對波長為10μm（人體輻射紅外線波長）左右的紅外輻射敏感，所以除人體以外的其他物體不會引發(fā)探頭動作。</p><p>　　圖2-7坐姿

49、矯正模塊電路圖[此圖出自深圳市福強(qiáng)電子科技有限公司 ]</p><p><b>　　工作原理：</b></p><p>　　讀者在使用臺燈時，如果坐姿不對，熱釋電紅外傳感器PIR檢測到信號后便會產(chǎn)生一個很小的差電平，并產(chǎn)生一個微小的電流，通過C2與R5將小信號傳給BISS0001的14腳，再經(jīng)R7、R8、R9、R10、C3、C4、C5、C10組成的信號處理電路和R33

50、、R13、R14、CY1和CY2組成的延時電路和靈敏度調(diào)節(jié)電路，經(jīng)芯片BISS0001信號經(jīng)處理后從2腳輸出，經(jīng)一反相器將信號傳送給單片機(jī)P33端口，再由單片機(jī)控制模塊去控制報(bào)警電路，此時，報(bào)警電路會發(fā)出報(bào)警聲提醒讀者注意坐姿，這樣便可有效的預(yù)防近視。</p><p><b>　　人體感應(yīng)模塊</b></p><p>　　該模塊如圖2-8所示是由熱釋電紅外傳感器、光檢

51、測電路、信號處理電路、芯片BISS0001、延時調(diào)節(jié)電路和靈敏度調(diào)節(jié)電路構(gòu)成[12]。功能是控制燈的亮和滅。</p><p>　　其工作原理：因此在光線比較暗，如有人靠近時，熱釋電紅外傳感器PIR檢測到信號后便會產(chǎn)生一個很小的差電平，并產(chǎn)生一個微小的電流，通過C1與R2將小信號傳給BISS0001的14腳，再經(jīng)R3、R6、R59、R7、C3、C4、C5、C6組成的信號處理電路和R8、R9、C7和C8組成的延時電路

52、和靈敏度調(diào)節(jié)電路，經(jīng)芯片BISS0001信號經(jīng)處理后從2腳輸出，經(jīng)一反相器將信號傳送給單片機(jī)P32端口，再由單片機(jī)控制模塊去控制繼電器電路，此時繼電器常開閉合臺燈亮起；當(dāng)人離開一段時間后，熱釋電紅外傳感器PIR未檢測到信號后便會發(fā)出信號給單片機(jī)控制模塊，再由單片機(jī)控制模塊發(fā)出信號給報(bào)警電路，發(fā)出報(bào)警信號提醒后臺燈自動熄滅。這樣便達(dá)到了節(jié)能的目的。</p><p>　　圖2-8 人體感應(yīng)模塊電路圖</p>

53、;<p><b>　　光檢測電路</b></p><p>　　光檢測電路如圖2-10所示，是由光敏電路和可調(diào)電阻串聯(lián)組成，利用光敏電阻的光電效應(yīng)去判斷光線強(qiáng)與弱，實(shí)現(xiàn)光線強(qiáng)時無論是否有人燈都不亮。</p><p>　　光敏電阻器（photovaristor）又叫光感電阻，是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減

54、小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。通常，光敏電阻器都制成薄片結(jié)構(gòu)，以便吸收更多的光能。當(dāng)它受到光的照射時，半導(dǎo)體片（光敏層）內(nèi)就激發(fā)出電子—空穴對，參與導(dǎo)電，使電路中電流增強(qiáng)。在此次設(shè)計(jì)中光敏電路的主要作用是用來判斷光線的明暗，如果光線很強(qiáng)光敏電阻阻值很小，則分得的電壓很小無法使得BISS0001芯片第9腳觸發(fā)，此時，無輸出信號。如果光線很弱光敏電阻阻值很大，則分得的電壓

55、大使得BISS0001芯片第9腳被觸發(fā)，此時，有輸出信號。</p><p>　　圖2-9 光敏電阻外型圖</p><p>　　圖2-10 光檢測電路圖</p><p><b>　　信號處理電路</b></p><p>　　信號處理電路又稱為無源濾波電路。無源濾波指通過電感和電容的匹配對某次諧波并聯(lián)低阻（調(diào)諧濾波）狀態(tài),給

56、某次諧波電流構(gòu)成一個低阻態(tài)通路。這樣諧波電流就不會流入系統(tǒng)。信號處理的作用是將熱釋電紅外傳感器PIR檢測到信號進(jìn)行濾波放大傳送給芯片BISS0001再次處理。信號處理電路如圖2-11所示。</p><p>　　圖2-11 信號處理電路圖</p><p><b>　　按鍵電路</b></p><p>　　為了避免看書時間過長造成對眼睛的損害或者因

57、亮著燈睡覺而造成的能量損失，設(shè)計(jì)了按鍵電路，當(dāng)臺燈亮?xí)r，按下定時按鈕S1 LCD1602液晶顯示第一行顯示“Y 0：02:00”，此時，內(nèi)部定時為2兩分鐘，當(dāng)然讀者也可以自己設(shè)定看書時間S2、S3分別是分鐘的加、減按鈕，S4、S5分別是時鐘的加、減按鈕。若讀者使用臺燈時間超過內(nèi)部定時時間或設(shè)定的時間，單片機(jī)控制模塊會發(fā)出信號給報(bào)警電路，使其發(fā)出報(bào)警信號提醒讀者注意休息保護(hù)眼睛。</p><p>　　圖2-12 按

58、鍵電路圖</p><p><b>　　報(bào)警電路</b></p><p>　　報(bào)警電路是由蜂鳴器、三極管和電路構(gòu)成，其功能是報(bào)警提醒。報(bào)警過程：當(dāng)坐姿矯正模塊在其區(qū)域內(nèi)感應(yīng)到有信號時會發(fā)出信號給單片機(jī)控制模塊，再由單片機(jī)控制模塊去控制報(bào)警電路，此時會報(bào)警提醒讀者其坐姿不對；若讀者使用臺燈時間超過內(nèi)部定時時間或設(shè)定的時間，單片機(jī)控制模塊會發(fā)出信號給報(bào)警電路，使其發(fā)出報(bào)警信

59、號提醒讀者注意休息保護(hù)眼睛；當(dāng)人體感應(yīng)模塊感應(yīng)到無人時，單片機(jī)控制模塊會發(fā)出信號給報(bào)警電路，使其發(fā)出報(bào)警信號提醒。</p><p>　　圖2-13 報(bào)警電路圖</p><p><b>　　繼電器電路</b></p><p>　　繼電器電路是由繼電器、三極管和電阻組成，其功能是根據(jù)信號控制臺燈的亮和滅。工作過程：當(dāng)人體感應(yīng)模塊感應(yīng)到信號時，單片機(jī)

60、P37口輸出低電平經(jīng)三極管驅(qū)動使得繼電器線圈得電常開觸頭閉合，從而使得臺燈能夠亮起正常工作，增加了臺燈的多功能性。</p><p>　　圖2-14 繼電器電路圖</p><p><b>　　溫度檢測電路</b></p><p>　　溫度檢測電路主要是芯片DS18B20構(gòu)成。DS18B20是獨(dú)特的一線接口，只需要一條接口線通信多點(diǎn)能力，簡化了分布

61、式溫度傳感應(yīng)用，無需外部元件，可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為3.0 V至5.5 V 無需備用電源 測量溫度范圍為-55 ℃至+125 ℃。華氏相當(dāng)于是67 ° F到257華氏度 -10 ℃至+85 ℃范圍內(nèi)精度為±0.5℃，其作用是檢測當(dāng)前室內(nèi)溫度，并發(fā)送數(shù)據(jù)給單片機(jī)經(jīng)處理后用LCD1602液晶顯示。</p><p>　　圖2-15 DS18B20電路圖</p><p>

62、;<b>　　顯示電路</b></p><p>　　顯示電路是由液晶LCD1602和可調(diào)電阻組成，其作用是根據(jù)單片機(jī)控制模塊所給信號去顯示，第一行顯示設(shè)定時間時、分、秒，第二行顯示室內(nèi)溫度值。</p><p>　　液晶LCD1602顯示屏（LCD）具有輕薄短小、低耗電量、無輻射危險(xiǎn)，平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢，可視面積大，畫面效果好，分辨率高，抗干擾能力強(qiáng)等

63、特點(diǎn)。圖2-16為LCD1602液晶與單片機(jī)的接口圖。</p><p>　　圖2-16 LCD1602液晶接口圖</p><p><b>　　系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用C語言，對單片機(jī)進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。</p><p>　　程序是在Windows 98環(huán)境下采用Keilu Vis

64、ion 2軟件編寫的，可以實(shí)現(xiàn)對水位干簧管、出水干簧管信號的查詢、輸出脈沖以及時間的計(jì)算與比較，繼電器的狀態(tài)等功能。</p><p><b>　　系統(tǒng)主程序流程圖</b></p><p>　　系統(tǒng)主程序流程圖起到一個導(dǎo)向和決策功能，主要通過調(diào)用具體的子程序，決定什么時候該做什么。系統(tǒng)主程序流程圖如下圖所示。</p><p>　　圖3-1 主程序

65、流程圖</p><p><b>　　按鍵子程序</b></p><p>　　使用者可以自己設(shè)定時間，達(dá)到設(shè)定時間系統(tǒng)會自動報(bào)警提醒。按鍵子程序圖如下：</p><p>　　圖3-2 按鍵子程序流程圖</p><p>　　圖3-3 獨(dú)立按鍵程序圖</p><p><b>　　定時程序的設(shè)計(jì)

66、</b></p><p>　　MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有兩個16位可編程的定時器/計(jì)數(shù)器，即定時器T0和定時器T1。它們既可用作定時器方式，又可用作計(jì)數(shù)器方式。</p><p>　　方式0和方式1的最大特點(diǎn)是計(jì)數(shù)溢出后，計(jì)數(shù)器全為0，因此循環(huán)定時或計(jì)數(shù)應(yīng)用時就存在重新設(shè)置計(jì)數(shù)初值的問題，這不但影響定時精度，而且也給程序設(shè)計(jì)帶來不便。方式2就是針對此問題而設(shè)置的，它具有自動重新加載

67、功能，因此也可以說方式2是自動重新加載工作方式。在這種工作方式下，把16位計(jì)數(shù)器分為兩部分，即以TL0作計(jì)數(shù)器，以TH0作預(yù)置寄存器，初始化時把計(jì)數(shù)初值分別裝入TL0和TH0中。當(dāng)計(jì)數(shù)溢出后，由預(yù)置寄存器以硬件方法自動加載。初始化時，8位計(jì)數(shù)初值同時裝入TL0和TH0中。當(dāng)TL0計(jì)數(shù)溢出時，置位TF0，同時把保存在TH0中的計(jì)數(shù)初值自動加載裝入TL0中，然后TL0重新計(jì)數(shù)，如此重復(fù)不止，這不但省去了用戶程序中的重裝指令，而且有利于提高定

68、時精度。但這種方式下計(jì)數(shù)值有限，最大只能到256。這種自動重新加載工作方式非常適用于連續(xù)定時或計(jì)數(shù)應(yīng)用。</p><p>　　當(dāng)為計(jì)數(shù)工作方式時，計(jì)數(shù)值的范圍是：1~256（28）</p><p>　　當(dāng)為定時工作方式時，定時時間計(jì)算公式為：</p><p>　　（28-計(jì)數(shù)初值）× 晶振周期× 12</p><p>&l

69、t;b>　　或 </b></p><p>　　（28-計(jì)數(shù)初值）× 機(jī)器周期</p><p>　　通過上述的比較，由于方式2為自動恢復(fù)初值的8位定時器，根據(jù)本倒計(jì)時軟件設(shè)計(jì)的要求，所以我們就采用了T0定時器的方式2。</p><p>　　時間調(diào)整子程序流程圖：</p><p>　　圖3-4 定時中斷服務(wù)子程序流程圖

70、</p><p>　　本次設(shè)計(jì)中用到了T0和T1進(jìn)行中斷控制，T0和T1用的都是方式2。在中斷子程序中放進(jìn)了顯示程序，中斷時間為2MS，可以實(shí)現(xiàn)LCD1602液晶顯示且無閃爍感。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，我用AT89C51單片機(jī)使智能臺燈基本上完成了題目所要求實(shí)現(xiàn)的功能：</p>

71、<p>　　本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)以下功能：</p><p>　　a )當(dāng)系統(tǒng)檢測到有人在臺燈周圍時，自動打開臺燈，當(dāng)使用者離開臺燈一段時間后，報(bào)警系統(tǒng)會報(bào)警提示然后自動切斷臺燈電源，節(jié)省電能；</p><p>　　b )臺燈打開一段時間之后，系統(tǒng)能夠發(fā)出報(bào)警，提醒使用者注意休息，勞逸結(jié)合，進(jìn)一步保護(hù)使用者的身體健康、防止近視；</p><p>　　c )如果使用

72、者出現(xiàn)不正確的坐姿，如駝背或者離臺燈過近，系統(tǒng)能夠發(fā)出提醒信號，提醒使用者矯正坐姿；</p><p>　　d )使用者可以自己設(shè)定看書時間，時間一到，報(bào)警系統(tǒng)便會報(bào)警提醒使用者。</p><p>　　e )顯示當(dāng)前室內(nèi)溫度。</p><p>　　其中，智能控制系統(tǒng)存在以下幾個突出的優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　a )保護(hù)眼睛，提高效率,通過設(shè)置

73、一段時間后（為了觀察效果，在這里我們設(shè)置為3分鐘）蜂鳴器報(bào)警提醒讀者該適當(dāng)?shù)匦菹⒘?。起到了保護(hù)讀者眼睛，同時有效的提高了讀書效率；</p><p>　　b )節(jié)約能源,當(dāng)讀者不小心在燈下睡著時，經(jīng)過一段時間蜂鳴器報(bào)警提醒。提醒之后，若讀者醒來按復(fù)位按鍵則重新計(jì)時。若沒醒則自動關(guān)燈,大大的節(jié)省了能源；</p><p>　　c )成本較低，工藝簡單,本設(shè)計(jì)由集成電路外加一盞普通臺燈組成，達(dá)到了

74、制作簡單，成本低的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　從而做到真正節(jié)能、安全、可靠、簡單、智能。</p><p><b>　　系統(tǒng)改善之處：</b></p><p>　　a )實(shí)現(xiàn)語音提醒功能；</p><p>　　b )此達(dá)到調(diào)節(jié)亮度的功能；</p><p>　　當(dāng)光線強(qiáng)時，臺燈亮度減弱或者臺燈熄滅。當(dāng)

75、光線弱時，臺燈適當(dāng)?shù)丶訌?qiáng)亮度。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　張雅婷,王炳強(qiáng),李承基.智能臺燈[P].中國專利:CN101203082,2008-06-18.</p><p>　　殷杰,姚云,黃行俊,劉一椽.護(hù)眼臺燈[P].中國專利:CN101160005,2008-04-09.</p><

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80、技大學(xué)出版社.2002.</p><p>　　朱大奇等.單片機(jī)原理串口及應(yīng)用.[M].南京:南京大學(xué)出版社.2003.</p><p>　　張軍.《AVR單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)典型實(shí)例》[M]..中國電力出版社.</p><p>　　沙占友.《單片及外圍電路設(shè)計(jì)》.[M] .北京電子工業(yè)出版社，2003.</p><p>　　楊恒.《LED照明驅(qū)

81、動電路設(shè)計(jì)與實(shí)例精選》[M]..北中國電力出版社，2008.</p><p>　　R.JHiggens.Electronics and Analog Integrated Circuits.2001.</p><p>　　Gray C,Swinhoe CF,Myint Y,et al.Target-controlled infusion of ketamine as analgesia f

82、or TIVA with propofol. Canadian Journal of Anaesthesia .1999.</p><p><b>　　附錄A:</b></p><p>　　附圖1 預(yù)防近視多功能臺燈系統(tǒng)原理圖(一)</p><p>　　附圖2 預(yù)防近視多功能臺燈系統(tǒng)原理圖(二)</p><p><

83、b>　　附錄B:</b></p><p>　　附圖3 系統(tǒng)Protues仿真圖</p><p><b>　　附錄C:</b></p><p>　　附圖4 預(yù)防近視多功能臺燈系統(tǒng)實(shí)物圖(一)</p><p>　　附圖5 預(yù)防近視多功能臺燈系統(tǒng)實(shí)物圖(二)</p><p>　　附圖6

84、 預(yù)防近視多功能臺燈系統(tǒng)實(shí)物圖(三)</p><p>　　附圖7 預(yù)防近視多功能臺燈系統(tǒng)實(shí)物圖(四)</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本人在對此論題的探討過程中，非常榮幸地得到了老師和同學(xué)的幫助，占用了他們很多寶貴時間，對此本人表示深深的謝意。</p><p>　　首先要感謝我的指導(dǎo)老師

85、xx老師。xx老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個階段，從畢業(yè)設(shè)計(jì)題目的確定到任務(wù)書的填寫，再到論文的具體編寫，xx老師都給了我很多的幫助，提出了許多很好的建議，在整個畢業(yè)過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)，在她的悉心指導(dǎo)下，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)和畢業(yè)論文才得以順利完成。在我讀書的四年中，電子信息工程專業(yè)的老師們對我的學(xué)習(xí)、生活給予了很大的幫助。在整個學(xué)習(xí)階段中，老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和以身作則、勤奮塌實(shí)的工作作風(fēng)使我受益菲淺，在此表示我深深的謝意。

86、</p><p>　　其次我要感謝同學(xué)們一直以來對我無私的幫助，特別是在軟件的使用方面，我每每遇到問題都能在他們的指引下得以順利解決，正因?yàn)槿绱宋也拍茼樌耐瓿稍O(shè)計(jì)。</p><p>　　最后我要感謝我的母?！獂x，是母校給我們提供了優(yōu)良的學(xué)習(xí)環(huán)境；另外，我還要感謝那些曾給我授過課的每一位老師，是你們教會我專業(yè)知識。在此，我再說一次謝謝！謝謝你們！祝你們在未來的歲月里生活幸福！我將努力工