創(chuàng)新訓(xùn)練項目申請書(1)

1、北京林業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃創(chuàng)新訓(xùn)練項目申請書項目名稱：基于單片機的視力保護器的研究與設(shè)計主持人：李驍專業(yè)年級12聯(lián)系電話：電子郵箱：指導(dǎo)教師：張黔學(xué)院理學(xué)院申請日期：2014年4 月12 日北京林業(yè)大學(xué)、項目基本情況項 目 簡 介項目名稱基于單片機的視力保護器的研究與設(shè)計項目類別（）國家級（）北京市級（，）校級項目所屬一級學(xué)科電子與通信技術(shù)申請經(jīng)費 （元）3000起止年月2014年5月至2015 年3月主 持 人姓名性別學(xué)號專業(yè)年級聯(lián)系電話電子郵箱李驍男電子12級項 目 組 其 他 成 員姓名性別學(xué)號專業(yè)年級所在學(xué)院項目分工鐘興男電子12級理學(xué)院硬件設(shè)計王彬媛女電子12級理學(xué)院硬件設(shè)計

2、王振中男電子13級理學(xué)院軟件設(shè)計劉炳百男電子13級理學(xué)院軟件設(shè)計指 導(dǎo) 教 師姓名性別年齡職稱職務(wù)所在學(xué)院張黔女38實驗師無理學(xué)院研究方向電氣工程聯(lián)系電話電子郵箱二、項目立項依據(jù)（一）項目研究意義（限300字） 21世紀以來，青少年的學(xué)業(yè)壓力越來越大。資料顯示，我國小學(xué)生視力低下率為26.96%, 初中生53.43%,高中生72.8%,大學(xué)生77.95%。學(xué)生近視在我國已成為一個日益嚴重的 社會問題。在近視以后，如果不加以治療，任其自由發(fā)展，那么孩子的一生都將與厚厚 的鏡片為伴，影響了正常的生活。目前還有激光切除手術(shù)，但是它破壞了人體的自然完 整，也影響了眼部微生物環(huán)境，其實對于身心健康也有害

3、處。因此，解決近視的最好方 法就是從根本上預(yù)防近視眼的發(fā)生。綜上所述，我們有必要設(shè)計一款視力保護器進行防 范。從而糾正人們讀寫的不良姿勢，習(xí)慣。避免給人們的身心帶來傷害。尤其對學(xué)生群 體而言，可幫助學(xué)生矯正坐姿，改善學(xué)習(xí)環(huán)境，培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，保護學(xué)生視 力。（二）國、內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)，并附主要參考文獻（限 1000字）由于視力問題越來越普遍，目前國內(nèi)外已經(jīng)有了些關(guān)于視力保護器的產(chǎn)品。國內(nèi)在視力 保護器這方面的研究現(xiàn)狀是：視力保護器主要是針對坐姿問題的，重點在于矯正人們的 坐姿，能夠有效地對人們不正確的坐姿進行語音提醒，促使人們改變自己的不良坐姿， 從而達到視力保護的作用。相關(guān)的產(chǎn)

4、品有廣東向鼎公司生產(chǎn)的“金太子”牌視力保護器、 網(wǎng)上熱賣的四個一多功能視力保護器和“學(xué)生1.5視力保護器。這三種產(chǎn)品都是針對坐姿矯正的，并不是真正意義上的多功能視力保護器。也就是說，國內(nèi)的視力保護器功能 比較單一，缺乏人性化服務(wù)，外觀單調(diào)，缺少個性，還是不能滿足人們的需求，有待向 多功能和個性化、人性化方向改進。而國外在視力保護這方面的研究則主要是在近視的原因這方面，是從個人主觀的角 度研究的，重在提醒人們應(yīng)該怎么做才能保護視力，而不是從客觀上的實體輔助物件來 幫助人們保護視力。他們認為更應(yīng)該通過合理的飲食搭配和正確的學(xué)習(xí)方式來保護視力。綜上所述，市場上還不存在較為實用和人性化的多功能視力保護

5、器。所以，面對日 益嚴峻的視力問題，視力保護器這方面還有很大的研究空間，可以有很大的提升。在視力保護器技術(shù)上，市場上的很多產(chǎn)品都是支撐型的，也就是用固定的支架來強 制地改變?nèi)藗兊淖?，用強硬的手段使人們保持正確的姿勢來看書、寫字。這種方面雖 然有一定的作用，但是也會讓人們覺得缺乏人性化，不夠個性，太呆板了，很容易讓人 們對它產(chǎn)生厭倦。目前還有一種用于視力保護器的技術(shù)是超聲波技術(shù)及相應(yīng)的硬件設(shè)計。實驗室里主 要用的是單片機12,它原理較為簡單，又能夠方便地實現(xiàn)視力保護器的基本功能。 在硬 件設(shè)計中，基于超聲波技術(shù)的視力保護器，通過超聲波接收端對超聲波信號的接收處理， 實現(xiàn)對距離的測定。通過實驗，

6、這種技術(shù)可行，但是也存在一些問題，比如說沒有光線 控制報警功能（不合理的光線強度也會對視力產(chǎn)生不利影響）畫4;報警的方式太單一，用的是蜂鳴器；沒有記憶功能，不能夠通過對使用者每一次使用時出現(xiàn)的不良的讀書方 式進行記錄，并給出歷史記錄數(shù)據(jù)，以便使用者對自己的讀書習(xí)慣進行改進。該設(shè)計的 研究，能夠為后期進一步改進視力保護器提供參考的依據(jù)。參考文獻：11孫育才.MCS-51系列單片機微型計算機及其應(yīng)用.南京：東南大學(xué)出版社，200421徐新民.單片機原理與應(yīng)用M.杭州：浙江大學(xué)出版社，2007.【3】康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分.北京：高等教育出版社，200541王衛(wèi)東.模擬電子電路基礎(chǔ).西安：西安

7、大學(xué)出版社，2003三、項目研究內(nèi)容（一）項目研究內(nèi)容（限600字）13鑒于單片機芯片的智能處理功能，本設(shè)計采用理論計算和實驗驗證的方法相結(jié)合的以單 片機芯片為核心的主體電路。首先是對各單位電路進行設(shè)計，并選擇合適的元器件。在 選擇元器件時，要注意所選芯片的性價比，對于電阻、電容等常用元件要先進行參數(shù)計 算后再選擇。其次是設(shè)計整個電路，并在計算機上對各個單元電路進行相應(yīng)功能的調(diào)試 仿真。其中以單片機為核心，以測距傳感器，時鐘電路，LCD顯示器偏心電動機，發(fā)光二極管，藍牙模塊組成外部電路。該設(shè)備將對眼距書本距離，光線強度以及讀寫時間這 三個參數(shù)實施精確的數(shù)據(jù)采集、處理、分析功能。本設(shè)備將采用硬軟

8、件結(jié)合的方式，利 用單片機的語言進行編程。本次設(shè)計的研究內(nèi)容是設(shè)計一個多功能視力保護器并制作一 個配套的aps它具有以下功能：1 .當(dāng)使用者頭部與書桌之間的距離過近時（小于 40cm）,電路將發(fā)出提示；2 .當(dāng)讀寫環(huán)境光線照度不足時，電路將發(fā)出提示；3 .當(dāng)使用時間達到50分鐘時，電路自動發(fā)出提示，提醒使用者注意休息；4 .提示方式可轉(zhuǎn)換，將有震動與鈴聲兩種提示方式，可以在課堂上等不適宜鈴聲提示的 地方使用振動模式；5 .將使用正確姿勢進行讀寫的時間記錄下來，通過藍牙模塊同步手機，通過 app可以將 數(shù)據(jù)發(fā)送到微信朋友圈，可以與其他使用者進行對比競爭。能夠真正幫助學(xué)生做到國家教委規(guī)定的：學(xué)生在

9、讀寫時，應(yīng)當(dāng)在一定亮度下，眼離讀物 一尺，身離書桌一拳。（二）項目研究擬解決的關(guān)鍵問題（限 300字）本實驗需要解決的關(guān)鍵問題有兩點。一是使用超聲波測距。超聲波測距的原理是利用超聲波在空氣中的傳播速度為已 知，測量聲波在發(fā)射后遇到障礙物反射回來的時間，根據(jù)發(fā)射和接收的時間差計算出發(fā) 射點到障礙物的實際距離。在實際的測量過程中，超聲波測距測量的距離因人而異，需 要在軟件上加入身高等變量，在算法上進行一定的優(yōu)化。二是軟件的設(shè)計。實驗中軟件需要達到兩個目的。一個是對與坐姿有關(guān)的三個變 量進行測量，然后判斷出是否符合標(biāo)準的坐姿要求，對使用者進行提醒。還有一個是要 實現(xiàn)兩種不同的提醒方式的自由切換，以及

10、強度大小的調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同的使用場合。四、項目實施方案（一）項目研究擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實驗方案（限 1000字）研究方法首先進行系統(tǒng)框架設(shè)計，在此基礎(chǔ)上進行硬軟件設(shè)計。在實驗室完成對眼距書本距離, 光線強度以及讀寫時間這三個參數(shù)進行檢測的電子線路設(shè)計、安裝與調(diào)試，通過后放到 實際中進行檢驗與調(diào)試。在本設(shè)備中，對于距離的測量會有一定的誤差，所以在軟件的 設(shè)計以及算法的使用上進行彌補也是本項目的關(guān)鍵。借助現(xiàn)有設(shè)備和已研發(fā)的科研成果，將傳感器的篩選，硬件的設(shè)計、安裝、調(diào)試，軟 件的設(shè)計調(diào)試并行開展，以提高速度，加快研究進度。技術(shù)路線一、總體結(jié)構(gòu)1 .監(jiān)測模塊：實現(xiàn)對眼距書本距離，光線強度以

11、及讀寫時間這三個參數(shù)的收集;2 .控制核心模塊：對收集的監(jiān)測值進行運算處理，并發(fā)送控制命令；3 .控制實現(xiàn)模塊：執(zhí)行控制命令的機構(gòu)，包括偏心電動機，播放器等；4 .藍牙模塊：將檢測數(shù)據(jù)同步到其他終端實現(xiàn)共享。 二、硬件設(shè)計測距部分時鐘定時按鍵控制發(fā)光二級管LCD顯示J語音處理芯播放器偏心電動機驅(qū)動電路提 醒 部 分三、軟件設(shè)計整個軟件系統(tǒng)采用匯編語言以及高級語言 c進行開發(fā)，操作平臺是windows 7.系統(tǒng)的 軟件部分主要實現(xiàn)的功能有（1）能對于眼距書本距離，光線強度以及讀寫時間進行分析， 對于不良的讀寫習(xí)慣及時提醒（2）主屏幕上能顯示距離，光線強度，學(xué)習(xí)時間等信息（3） 當(dāng)坐姿不良，光線不

12、佳或?qū)W習(xí)時間過長時，能通過振動或鈴聲來提示（4）配套的app可以通過藍牙接收數(shù)據(jù)并具備簡單的排名功能。系統(tǒng)軟件設(shè)計主程序負責(zé)初始化、測量及其子程序的調(diào)用，各子程序負責(zé)數(shù)據(jù)的采集、控制計算、 控制輸出，狀態(tài)顯示等功能。主程序框圖如下圖所示。實驗方案實驗?zāi)康模和ㄟ^模塊化的設(shè)計，以及硬軟件的結(jié)合，以單片機為核心制作一個多功能的視力保護 器實驗儀器：單片機，PC機，測距傳感器，時鐘電路，LCD顯示器，偏心電動機，發(fā)光二極管, 藍牙模塊以及電路元件等實驗步驟：1 .按以上內(nèi)容進行，制作出一個基于單片機的視力保護器；2 .在將視力保護器在實際環(huán)境下進行測試，并對系統(tǒng)程序進行調(diào)試，使之更加符合實 際使用情況

13、；3 .對視力保護器的其他細節(jié)進行完善。（二）項目實施年度計劃5月一一6月：查詢有關(guān)資料，學(xué)習(xí)單片機，匯編語言等方面的知識，為研究 課題作準備；7月一一8月：開始進行制作，軟件進行編程，硬件開始組件電路；9月一一12月：將硬件與軟件結(jié)合起來，能初步做出視力保護器的雛形。1月一一3月：對機器進行各種測試，進一步的優(yōu)化與設(shè)計，并撰寫研究報告五、項目研究基礎(chǔ)（一）與本項目有關(guān)的研究積累和已取得的成績（限 300字）在電子技術(shù)試驗，我們成功將小信號放大，并制成簡易喇叭。在工藝實習(xí)時，能成 功焊接元器件。軟件設(shè)計，我們可以成功的編寫一些程序。并且在過去的兩年大學(xué)生活里，我們學(xué)習(xí)了電路原理以及模擬電路等課

14、程，擁有一 定的專業(yè)知識。并且對于軟件編寫也有了一定的知識。（二）已具備的研究條件、設(shè)備條件等（限 200字） 現(xiàn)有技術(shù)可行性分析：玻璃水銀導(dǎo)電開關(guān)，陶瓷電容器，電解電容器，晶體三極管，揚聲器，電路板， 電子電池等設(shè)備在市場上易于采購。語音集成模塊及內(nèi)置語言命令程序等可由隊員進行 自行設(shè)計制作。研究工作準備情況：電路知識，模擬電子知識和C語言編程等研究準備工作課題組有成員已掌握， 有 較大的技術(shù)可行性，并且學(xué)院實驗室可以提供本項目研究所需的儀器設(shè)備。（三）尚缺少的條件及解決方法（限 200字）由于我們這個隊伍是大一和大二的組成，目前單片機之類的課程還沒有接觸， 并且，我們現(xiàn)階段缺少經(jīng)驗將課本知

15、識應(yīng)用于實際生活中；解決辦法：平時珍惜實驗課時間，認真做實驗，并踏實的學(xué)習(xí)課本知識，為實踐打 下良好的基礎(chǔ)；除此之外努力創(chuàng)造動手機會并努力學(xué)習(xí)獲取經(jīng)驗。并且自學(xué)這個項目所 涉及的課程，每周經(jīng)驗交流，促進共同進步。六、項目特色、創(chuàng)新點及預(yù)期成果（一）項目的特色與創(chuàng)新點（限 300字）1 .使用軟件算法來使測量值更加精確；2 .在提醒模塊加入了兩種模式以及強度的調(diào)整，以適應(yīng)不同的需求與使用環(huán)境；3 .使用配套的app,可以將使用者每天的讀寫時間等數(shù)據(jù)通過藍牙發(fā)送到微信朋友 勸，同時也可以看到其他使用者的學(xué)習(xí)情況?？梢云鸬酱龠M學(xué)習(xí)的良性競爭情況。（二）項目預(yù)期成果及成果提交方式（限 300字）1、項

16、目預(yù)期成果1）設(shè)計出一個完整的視力保護器，能在眼離書過近，光線過暗，讀寫時間過長的時 候進行提醒；2）設(shè)備記錄的讀寫時長以及光線強度等數(shù)據(jù)能通過藍牙傳輸?shù)狡渌O(shè)備，以進行數(shù)據(jù)的對比及總結(jié)2、成果提交方式1）撰寫一部項目研究報告；2）制作一個視力保護器的樣品；3）爭取發(fā)表一篇論文。附錄:項目經(jīng)費預(yù)算支出科目預(yù)算金額 （元）具體支出內(nèi)容預(yù)算編制依據(jù)合計30001.實驗材料費1500購買實驗所需的各種 器件，包括單片機測距 傳感器，時鐘電路， LCD顯示器偏心電動 機，發(fā)光二極管，藍牙 模塊等這些是制作視力保護 器所需要使用的元器 件2.設(shè)備費（購置的設(shè)備在項目結(jié) 題后須交還學(xué)校）/3.圖書資料購置費（購置的圖書資料在項 目結(jié)題后須交還學(xué)校）300單片機的項目開發(fā)實 例，各種程序語百的應(yīng) 用方面的書籍這些是執(zhí)行該項目所 需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，需要 購買書籍來補充4.項目辦公費（記錄本、筆、復(fù)印紙