根据现有的材料设施和实验操作平台，本次研究设计将致力于解决学生读写姿势不正确、光线强度不合适和无法准确了解用眼时间的问题。

1。3总体方案设计及框架

系统主要有3个功能：检测坐姿、自动调整光线强度、定时报警。系统的总框架如图1。1所示。

 系统总框架

在经过对各种元件的筛选和性价比比较之后，STC89C52型单片机是目前市场上采用较为普遍的，检测光线强度则利用光敏电阻来实现，而报警提醒则利用蜂鸣器以及二极管灯光闪烁来完成，超声波发射器用于检测坐姿是否正确。系统设计使用示意图如图1。2所示。

 系统设计使用示意图

本次设计的视力保护器最主要的功能就是提醒功能。通过超声波检测使用者距离是否过近，如果过近则蜂鸣器发生报警提醒使用者调整一下坐姿，再通过定时，如果超时也报警提醒使用者要休息一下保护眼睛。

2 硬件设计

 2。1坐姿检测模块

本次设计的研究过程中坐姿检测模块的核心是超声波测距。设计中选用HC-R04型超声波测距模块来进行坐姿检测，实物图如图2。1所示，与红外热释电传感器相比，超声波具有定向发射简便、方向性好、易控制且使用方便的优点，这些有点同时也方便了视力保护器的普及与应用。

 HR-R04超声波测距模块的实物图

根据图2。1所示接线，TRIG口是作为触发控制信号的输入端，而回响信号的输出端则为ECHO端，VCC端口为整个模块提供电源，GND口为接地线，。

2。1。1 超声波测距

HC-R04超声波测距模块具有非接触式的检测距离功能，测距模块中主要包含超声波接收器及其发射器。其基本的工作原理是采用的IO口触发性测距，根据图2。2超声波时序图了解我们需要给这个测距模块输入一个10us以上的高电平，当接收到这个高电平后测距模块的内部将会发送出方波并检测是否有返回的信号，若检测到有信号返回则回响信号则被输出。

经推测可得公式：文献综述

测量距离=340M/S（超声波在空气中传播速度）×（测距所用时间&pide;2）

超声波的时序图

超声波分为横向振荡以及纵向振荡两种且是一种频率超过20KHz的声波，超声波具有方向性好、穿透能力强并可以在气体、液体及固体三种状态中传播的优点，但同时其传播速度在气体、液体、固体这三种状态下并不相同。超声波在其传播过程中会存在一定的衰减现象。根据所得公式可推测得知误差是由超声波在空气中传播速度的误差以及测量距离时所用的时间误差引起的。

时间引起的误差：假设已知超声波速度C=340m/s （先忽略声速所产生的误差）。测距误差s△t<(0。001/340) ≈2。907ms 。因此采用设计中还采用了晶振为12MHz单片机定时器，方便能计数到1μs的精度。

超声波传播速度产生的误差：空气中的温度、压强对超声波的传播速度都会产生一定的影响，超声波的传播速度会随着空气中的温度、压强的升高而加快，而空气的温度以及压强空气密度密切相关，但通常在超声波测距模块中，都会忽略它的传播速度误差因为在超声波传播过程中空气的温度变化并不大。

2。2 光线强度检测模块

光线强度检测模块中采用以光敏电阻作为光线信号的采集器，当光敏电阻未检测到入射光时光敏电阻的阻值很大，导致检测电路中的流动电流很小，而当光敏电阻检测到入射光线时，半导体的电导率会增加引起其阻值减小，电路中电流也相应增大。其阻值随光照增强而减小。