单片机控制下的坐姿矫正器文档格式.docx
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此设计实现的坐姿矫正功能在很大程度上满足了人们的使用要求。
关键词:
水银开关;
蜂鸣器;
坐姿;
定时器;
传感器
1绪论
通过调查中小学生视力研究发现,我国在初中以下的学生中,视力的下降率大约为四分之一,初中生大概有一半以上的人存在视力下降的问题,随着学历的增加,高中生和大学生的视力下降程度尤为严重,眼镜已成为学生包包里的一个必需用品。
危害青少年的第二大公害已经变为近视!
并且我们一不小心近视,即使花了再多的钱,我们也无法恢复以往的视力,国家教育部相关委员会规定:
当学生在读书的过程中,必须控制在固定的时间范围内。
对于其危害性,很多家长不懂得近视和盲往往只有一步的差距,所以后果不堪设想,视力不良的学生大约有41%没有采取措施来挽救视力不良。
1.1选题背景
读写姿势的时间过长和过近是导致近视的罪魁祸首,并且很多发生在学生时期,大多都在学校,并且很多学生没有自控能力,老师与家长也不可能去一直提醒自己的孩子,所以不好的写字距离一旦形成,近视变随之而来,一步步的恶性循环,导致很多学生从小就与眼镜有了不解的缘分,个子的不断增高,学生的写字姿势从小没有养成好习惯,也会影响孩子的生长发育,脊柱侧弯或改变,导致脊柱的不正常弯曲,从而会有一系列的包括含胸驼背的现象,本次设计将随时提醒读者端正自己的姿势,从而进行智能控制,腰背在不知不觉间得以挺直,从而养成良好端正的读写习惯,不断提高学生的学习水平,减少驼背的发生,并降低脊柱侧弯的危险,从而对学生的健康起到维持的作用。
它还能在学生学习到一定时间后自动报警,使青少年认识到自己用眼时间已经超时,该向远处眺望眺望或者休息,闭目养神一段时间。
就实验室已有的硬件条件,这次论文主要用来研究坐姿矫正器的电路制作,当我们用正确的坐姿学习读书的时候,坐姿矫正器处在监控的状态,不会发出什么声音,当我们有不正确的姿势读写时,坐姿矫正器便会发出滴滴的声音告诉我们去端正身体。
本文主要研究基于实物的,软件和硬件的设计。
在此次制作中要注意如何有效控制角度来实现对姿势不正确的控制,代替家长,老师对孩子的坐姿进行监督,使家长老师轻松,学生健康快乐。
1.2国内外研究现状
经过现有的调查研究表明,已经可以具体分为及时矫正装置的机械平衡,故障定位姿势矫正装置,电子平衡姿势矫正与机架姿势矫正。
比如:
1.5的视力保护,用电子平衡产生的机械平衡,坐姿支撑,背背佳,脚手架姿势矫正装置,iPosture,Visomate,美国签证的USB保护视力,文具型姿势矫正装置,其1.5的姿势支撑,背背佳,脚手架姿势矫正,最常见的是电子平衡防瞌睡报警。
有些技术人员怕瞌睡将其视为珍宝,使用微电脑姿势矫正,红外距离型姿势矫正等。
但是,现在这种类型的东西都有它的单一性和局限性。
现在已经出现了众多国内外电子企业,拥有自己的制作的坐姿矫正器,在国内,这一领域的地位各有不同:
在国内,“学生1.5视力保护器”又名称坐视宝,本发明是乌鲁木齐市新疆龙科技有限公司创造的,也可以是简单的声音提示学生抬头。
总体而言,对于保护眼睛的功能,目前国内生产相对简单,和大多数家长的个性化需求仍有很大差距。
不能达到家长和老师应该达到的希望。
有研究表明,多功能的坐姿矫正器,目前在市场上还没有存在。
现在好多产品主要集中在视力保健,这些产品的功能都比较单一,用户不能合理的保护自己的视力从他想用的各个方面。
所以,本次论文想设计一个额定距离提醒,功能强大,音量可调节,成本低,寿命长,灵敏度高,便于携带,外形美观,在任何条件下中都能进行提醒的坐姿矫正器。
2硬件介绍
2.18051单片机介绍
8051单片机是一种很常用的单片机,本设计主要利用8051单片机来进行设计,它设计简单,体积小巧,接口方便,便于用户的扩展,按照它可以方便的完成用户所需要的各种功能。
图2-1是一个8051单片机。
它适合于不会去修改,程序需要长期保留的。
它的主要部件是以下几个方面:
(1)中央处理器(CPU)。
CPU是8051单片机的重要组成部分,包含控制器和运算器,帮助形成控制和运算两个部分的内容。
运算器能够帮助实现数据的几种方式等。
控制器可以帮助平衡全部单片机,发出控制信号,并且能够产生脉冲,其主要分为一些控制寄存器,时序电路和时钟。
(2)数据存储器。
它是内部RAM,可用来存放和读写一些数字,一共包含128个存储单元。
(3)程序存储器。
它是内部RAM,可以帮助放置原始数据,并且能够存放程序。
(4)定时器/计数器。
为了达到这种效果,它有16个。
(5)并行I/O口。
可以帮忙完成系统的输入输出,内部有四个8位的I/O口。
(6)串行I/O口。
可以很方便简洁的完成单片机和数据的串行之间传送。
(7)中断控制系统。
可以分为五个有高低之分的控制中断源。
2.2水银开关介绍
水银开关是本论文的一个重要组成部分,它是一种倾侧开关,可以很方便的监控到青少年是否弯腰驼背,并且是整个电路能发出声音的总开关。
何故叫水银开关,主要是因为它的内部有一个小容器,里面存着一滴水银,其它部分存入了惰性气体或者真空。
对于怎么样才能导通电路这个问题,当我们头部倾斜时,水银往下流,触碰到电极,然后导通整个电路。
头抬高时,水银与电极分离,电路随之断开,这就是水银开关控制弯腰驼背的最经典之处。
但是,水银开关接触电极也不是任何情况下都是可以的,它还与容器的形状有着极大的关系,比方倒V字型的炸弹,如果收件人在不知情的情况下倾斜,电路就会随着水银开关中水银的移动关闭电路,产生爆炸,这是战争年代经常使用的一种袭击方法,但送件人深知这个道理,往往小心携带,受害人至今都不会明白自己是怎样走向死亡的。
另外要时刻引起我们关心的一个问题是,水银在任何状态下都要小心谨慎的处理,以免它不小心滴落到身上,水银对环境动物以及人的害处都是极大的。
水银开关在此次实物制作中的作用是非常大的,所以我们继续去看它是如何来进行重力感应的,图2-2中,我们用四个水银开关来摆放成一个金字塔的形状来看一看。
图2-2水银开关金字塔
这种方式可以通过六个不同的位置来实现不同的状况,不同的开关闭合实现不同的状态。
表2-1传感器状况
传感器状况
位置朝向
开关状况
1
往上
1、2、3、4和公共端短接
2
往下
1、2、3、4都不和与公共端短接
3
朝左
2、4和公共端短接
2.3蜂鸣器介绍
接下来介绍本次论文中的另一个重要仪器——蜂鸣器,它能在很多种环境中作为一种发声的器件,可谓麻雀虽小,五脏俱全。
蜂鸣器主要采用的供电设备是直流电源,会发出滴滴的声音。
它包罗两种范例:
这两种蜂鸣器各有其特点。
蜂鸣器可以用“H”或“HA”来代表。
此次坐姿矫正器运用电磁式蜂鸣器,这种蜂鸣器在生活中经常会见到,它的构造非常简单,但用途广泛,在此次设计中主要利用它来提醒学生保持坐姿端正,减少用眼时长。
它可以周期性的振动产生,操纵磁铁和电磁线圈的相互作用,感到震动,发出声音,蜂鸣器在电子方面的用途很是普遍。
图2-3蜂鸣器
3设计原理
本次设计的坐姿矫正器,主要针对学生坐姿不良,写字爱趴在课桌上的情况重点研究的,主要特点是可以耳挂,为一款耳挂式的视力保护器。
在青少年低头的时候,水银开关中的水银会自己滚动闭合,从而发出滴滴的响声。
这个必须有发音装置和传感器装置,当青少年的头距离书本过近时,滴滴的声音便会从芯片中发出,每次听到这个声音时,青少年便会认识到自己的错误,抬头挺胸,代替父母起到监督的作用,并且此电路设计简单,可方便青少年随身携带。
保护青少年的眼睛不仅要注意不能含胸驼背,还有一项要注意的是读书的时间,这便是此次设计的另一个重点和创新。
时间的控制通过利用单片机,编写出特定程序来完成此项任务。
我们提出了一种多功能的坐姿矫正器,它基于单片机来研究开发,通过蜂鸣器来传递声音。
我们基于单片机的系统,可用于各种视力保护,体积小巧,并可做扩展。
3.1硬件设计
硬件首要以51型的单片机为中心,功效可以包罗传感器的功能,有助于实现下列所述的几种电路。
3.1.1坐姿报警电路
每次青少年根据教育委员会的政策来读书,并且坐姿很端正的时候,水银的滚珠只能出于底端,和上面的整体电路断开,电路处于断路状态;
如果青少年写字累出现弯腰驼背的情况发生时,整个电路便会接通,即水银的滚珠便会滚向上方电路相连,学生听到滴滴声就会立马挺直身体。
青少年姿势端正的时候,传感器便处于竖直状态,不会发出响声,电路断开,传感器断路。
传感器是戴在耳朵上的,与耳朵处在同一水平线上,当青少年低头的时候,传感器导通,整个电路导通。
联系图片,这个为坐姿报警电路的工作原理。
我们需要让黄色部位的芯片发出声音,首先可以从Y0这边输出高电平,然后VT1得到通畅状态,输出高电平,因为VT-2截止。
集成芯片作为一种语言集成电路,滴滴声在其内部储存,一旦有高电平触发,可以驱动扬声器的声音语言,通过广播信号B,VT3放大。
图3-1坐姿报警电路原理图
3.1.2定时报警电路
先总体介绍下这个电路所运用的知识,这个定时报警电路要利用到单片机控制,电路包括定时器报警发声电路和单片机控制电路。
8051单片机有定时的时段,其定时时间选择,在两种工作方式下进行时间控制,准确地完成定时功能。
编制出具有特殊功能的寄存器,每次青少年认真学习50分钟后,这个定时报警电路便会触发发出声音。
还有一个主要问题就是,要认真选好自己的工作方式和模式。
首先先说最基本的,12个震荡周期,它是一个机器周期,每次通过一整个机器周期的时候,计数器的值便会往上加上1,直到最终计数器加满。
周期等于12×
106分之一再乘以十二分之一,等于1μs,对于频率的计算,对于频率的计数,FCOUNT=1/12osc。
TMOD作为一种工作模式寄存器,可以用来操纵这个所有设备的工作,模式。
此次论文运用零点五秒输入的脉冲间隔,计数率为五百千赫兹,单个时钟周期为6兆赫兹。
3.1.3定时器报警发声电路
接下来,我们看看定时报警发生电路的工作原理。
图3-2为其电路图,从图中,我们可以观察出它的发声过程。
3.2软件设计
作为单片机的控制电路,他可以定时,我们把它设定为五十分钟,五十分钟过后,定时器自己主动发出音乐的声音。
它的定时初值为五十乘以六十得到三千秒,即30000*100ms。
这是利用汇编语言来实现这一功能,T0和T1定时器/计数器的使用,一百毫秒的使用工况,利用T0进行定时设置;
三万次的工作方式为11,采用的是T2来进行计数,也就是通过P3.4和P3.5来完成的。
定时初值T0为,2^16减去100ms/2us为15536,即C3B0H;
计数初值T165536减30000等于35536,即8ad0h。
当我们打开电源后,这两个器开始赋值并计算,通过其特有的功能实现特定额定的结果。
一个定时一个计数,时间结束后,音乐声就会响起。
然后我们关闭电源,使眼睛得以休息后再打开开启到下一个循环阶段。
用这种方法,达到让眼睛休息的作用,这是另外一种类型的保护视力的方法,它可以让我们在学习了五十分钟后用音乐声来舒缓眼睛。
3.2.1部分程序设计
#include
<
reg52.h>
#define
uchar
unsigned
char
ptr
=
0x00;
high;
low;
sbit
P2_3=P2^3;
js=0,bj=0,l,js1=0,js2=0;
kg=P1^0;
溢出中断部分程序为:
voidInit()
{
TMOD=0x11;
TH1=0xDC;
TL1=0x00;
ET1=1;
TR1=1;
EA=1;
ET0=1;
}
3.2.2程序流程图
这种功能的实现需要单片机来进行控制,其内部含有中断程序,定时程序等一系列的程序,通过它来实现各种需要实现的功能。
在本次实物设计中,为了实现方便,功能得到展示,我们把原本五十分钟设置为了一分钟,一分钟过后,音乐声响起,然后关闭电源,音乐声又会中断,再次打开电源,又进入另一个计数阶段。
只要电路的连接没有问题,此次功能的实现较为简单,每次定时器定时一定时间后,计数器就会去计数,如此反复,这个时候,周期变化到下一个时间周期,那么下一次满毫秒的时间,又会去开始计数。
此程序在定时计数的基础上还需要中断服务,对于单片机的控制,则需要看它在其控制下的坐姿矫正器是如何工作的。
接下来,我们需要重点了解它的流程图,根据下面的流程图,明白它是如何来进行延长报警这个功能的。
4结果分析
这次论文利用的是单片机的知识,它利用了汇编语言。
汇编语言它拥有着机器语言全部的长处,但相比较而言,它更高级,它具有易于修改、容易调试等特点,在各种电子产品中经常会用到。
(1)利用水银开关,当出现弯腰或者姿势不正确的时候,便会发出滴滴的响声;
(2)单片机采用的频率为6khz;
(3)通过程序,利用8051单片机的定时、计数功能,实现延迟的作用;
(4)50分钟后,坐姿矫正装置将声音提示用户要注意休息。
图4-1为此次论文设计的开发流程图:
5创新点
(1)小巧,轻便,易于携带。
(2)自动提醒用户,只要读写姿势不正确,它会立即发出报警声,直到青少年抬头,报警自动停止。
(3)具有定时功能,50分钟后自动提醒学生该休息了,减少用眼睛时间。
(4)有广阔的应用范围,这个不仅仅作为青少年的保护视力神器,也可以让车间工人或者出租车司机携带,成为他们的防瞌睡利器。
6结论
本设计通过单片机作为主控单元,各种芯片处理电路,并利用单片机实现计时功能,基于单片机的汇编语言来进行软件设计,通过测试,基本达到了设计目的,完成了毕业设计要求。
在设计过程中得到了老师及同学的热情帮助,设计过程体会到了理论知识与实践的不同,在实际动手过程中,看似简单的一些小问题有时都需要反复思考动手才能解决掉,我添加了大量工程实际操作知识在设计实践中,巩固原来没有的理论知识,提高实践能力,受益匪浅。
当然,本次设计还不够精准,只是简单地控制青少年的低头来发声,没有设计出具体的低头范围和角度,这是需要在研究和改进的地方。
在今后的生活工作中,我将更加注重生活中出现的各种问题,用所学的知识服务生活,努力将所学应用到实际工作和生活。
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PosturecorrectiondeviceunderMCUcontrol
Abstract:
Tochangetheposturecorrectorproblemsofthetraditional,thedesignwillbeaddedtoitsintelligentandhumanecontrolsystems.Designiscontrolledbyamicrocontrollerasthecore,posturecorrectionsectionismainlycomposedofmercuryswitches;
remindsomemusicismainlycomposedofthebuzzer.Thisposturecorrectiondeviceiscompact,simpledesign,simpletointuitiveandmake,youcanquicklyandaccuratelyachieveposturecorrectionfunction.Thedesignincludesthevisionproblemscausedbypoorpostureandvisionproblemscausedbyeyefortoolongtostudyintwoparts.Themainadvantageofthesensorcontrolcircuit,atimingsection8051timingcountingfunction.Thisdesignimplementationposturecorrectionfunctionlargelytomeetthepeople'
srequirements.
Keywords:
Mercuryswitches;
buzzer;
sitting;
timer;
sensor
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