摘 要

本文的内容是基于51单片机的近视眼防护书桌灯设计，在这科技不断发展，社会不断进步的时代，人们接触的电子设备的频率越来越高，近视人数日益增多。然而，保护视力也渐渐的被更多人重视起来。因此，希望能通过本设计让更多的人能注重自己的用眼健康。本设计的目的是通过对护目书桌灯的设计，让人们在学习工作之余不忘记保护自己的眼睛健康。

在开发语言上，使用的是C语言；在开发环境方面，利用Proteus绘制电路原理图、利用keil4编写护目书桌灯控制程序，并将Proteus与keil4联调，进行仿真；在技术手段上，运用了超声波测距技术、光强度检测技术、AD转换技术、声光报警技术、数码管动态显示技术、PWM调光技术等。通过超声波测距模块提醒护目灯使用者保持合适的距离，在使用者离书桌距离过近时，通过蜂鸣器报警提醒使用者纠正坐姿。通过光强度检测和模数转换将采集的光信号转化为数字量输送给单片机。经过单片机处理得到PWM信号，运用PWM信号，控制LED灯的亮度。同时，护目灯还可以在学习时间达到设定值后提醒使用者合理休息。

通过对护目书桌灯的设计，实现了调整使用者坐姿、声光报警、超时学习提醒、自动调光等功能，护目灯性能稳定，达到了设计的目的和要求。

关键词：护目灯；光强度检测；PWM调光；超声波测距；超时学习

Abstract

The content of this article is based on 51 single-chip Computer's myopic desk lamp design, in this technology development, the society progresses unceasingly time, people contact electronic equipment's frequency is higher and higher, myopic person's number is increasing day by day. However, the protection of eyesight has also been paid more and more attention. Therefore, I hope that more people can focus on their own eye health through this design. The purpose of this design is through the design of eye-protection desk lamp, so that people do not forget to protect their own eye health while studying and working.

In the development language, the use of the C language; in the Development Environment, the use of Proteus drawing circuit schematic diagram, the use of Keil4 to prepare the head guard desk lamp control procedures, and will be combined with Keil4 Proteus, simulation; in the technical means, ultrasonic ranging technology, light intensity detection technology, AD conversion technology, acoustooptic alarm technology, digital tube dynamic display technology, PWM dimming technology, etc. . The ultrasonic distance measuring module reminds the user to keep a proper distance, and the buzzer alerts the user to correct the sitting posture when the user is too close to the desk. Through the light intensity detection and a / D conversion, the collected optical signal is transformed into a digital quantity and transmitted to the single-chip microcomputer. After the single-chip processing to get PWM signal, the use of PWM signal, control LED lamp brightness. At the same time, the eye protection lamp can also remind the user to take a reasonable rest after the study time reaches the set value.

Through the design of the eye-protecting desk lamp, the functions such as adjusting the sitting posture of the user, sound and light alarm, overtime study reminder, automatic light adjustment and so on are realized，it achieves the purpose of design.

Keywords: Smart Desk Lamp; Light Intensity Detection; PWM dimming; ultrasonic ranging; time-out learning

目 录

第1章 绪论 1

1.1 护目灯的研究背景 1

1.2 设计的目的及意义 1

1.3 国内外研究现状 1

第2章 方案设计与论证 3

2.1 设计目标及需求分析 3

2.2 系统总框图及模块功能 3

2.2.1 系统总原理框图 3

2.2.2 模块及功能介绍 4

第3章 系统硬件设计 6

3.1 中央控制单元 6

3.1.1 51单片机简介 6

3.1.2 STC89C52简介 6

3.2 单片机最小系统 9

3.2.1 电源电路 9

3.2.2 晶振电路 9

3.2.3 复位电路 10

3.3 声光报警电路 11

3.3.1 发光二极管电路 11

3.3.2 蜂鸣器报警电路 12

3.4 数码管显示电路 13

3.5 超声波测距电路 14

3.6 光强度检测电路 16

3.6.1 光强度采集电路 16

3.6.2 AD模数转换电路 17

3.7 LED驱动电路 19

3.8 独立按键电路 20

第4章 软件程序设计与调试 22

4.1 超声波测距模块 22

4.2 超时学习提醒模块 26

4.3 AD模数转换模块 31

4.4 PWM调光模块 33

4.5 仿真调试与结果分析 34

4.5.1 仿真调试及结果 34

4.5.2 结果分析 41

第5章 总结 43

参考文献 44

附录A 45

致 谢 46

第1章 绪论

1.1 护目灯的研究背景

如今，在学习的负担不断增加的同时，越来越多的学生使用手机、平板电脑和其他电子产品学习，比如网课，查阅资料等等，使学生的近视人数大幅增加。据统计，全国近视眼人数比例呈现不断上涨趋势。特别是学生视力低下的情况，令人担忧。绝大部分学生都伴随着一定程序的近视，近视严重影响了孩子的身心健康。现在的眼睛长期处于疲劳的状态，更容易引起近视等眼部疾病。 尤其是在照明条件不良好的情况下，更加会加重视觉疲劳，引起视力下降。各种因素叠加在一起，导致了近视呈现低龄化，程度深的结果。根据权威调查报告显示，青少年的近视率是世界第一。因此，预防近视，保护青少年身心健康已不容忽视。

1.2 设计的目的及意义

近年来，人们越来越关注“光”与近视的关系，已经有许多研究表明在自然光下活动，近视的概率也会相对减少。所以，在大力提倡节能减排的大环境下，护眼灯除了采用绿色低碳的LED光源外，还应最大限度地接近自然光线。LED在使用一段时间后，照度会下降，这就是光衰现象，中小学生的学习环境中使用的灯具，存在非常严重的光衰现象^[1]。由于长期工作在较高温度，光照强度会比原来的光照强度更低，会使眼睛更容易产生疲劳^[2]。科学证明，人的视觉疲劳或视力下降的主要是因为眼睛的使用过度和照明条件不良^[2]。昏暗的照明条件可能会使人的眼睛非常疲劳。长期在这种状态下会使视觉神经处于高度紧张状态，从而造成视力衰退下降，所以护目灯还应该具备自动根据环境调节光强、近距离提示以及学习超时等功能，以消除这些容易引起用眼疲劳的不利因素，从而保护我们的眼睛健康。

我们的视力更多的与个人的用眼习惯有关，要想保护我们的视力，首先应该端正用眼姿势，控制好用眼的时间，学习一个小时左右适当地休息或者放松是很有必要的，护目灯可以使用者养成好的习惯。它可以通过超声波测距感知提示书写姿势，通过定时功能来提醒使用者休息,根据光检测电路自动调节亮度。通过本次设计，希望能使人们有更好的用眼规范，通过护目书桌灯，提醒使用者在工作的同时保持良好的姿势，工作时长久了注意休息，同时让更多的人注重保护自己的视力，养成良好的用眼习惯。

1.3 国内外研究现状

目前国内外近视患病率不容乐观。据世界卫生组织最新研究报告称，截至2017年6月中国近视患者人数多达6亿，几乎是中国总人口数量的一半。我国高中生和大学生的近视率均已超过七成，并逐年增加，青少年近视率高居世界第一，小学生的近视率也接近40%，相比之下，美国中小学生近视率仅为10%^[3]。