单片机定时器T0系统设计的基本步骤-上海怡健医学

为了保护年轻人的视力,现在越来越多的公司正在开发和生产各种视力保护产品。在中国,主要有护眼器、坐姿矫正器和各种护眼灯;在国外,有法国王牌布鲁斯开发的亮色产品。安吉尔博士的镜子,美国眼科医生威廉贝茨研发的第二代产品。但这些产品功能单一,无法满足消费者的个性化需求。针对这一问题,本文将单片机与视力保护相结合,利用单片机芯片的智能处理功能,结合超声波测距原理,光敏电阻随光强变化的特性,单片机定时器T0、T1、LCD1602液晶工作原理如何使用显示器,设计了一款多功能护眼器。本设计的技术要求是当学生的脸与书本或电脑的距离小于30厘米时,蜂鸣器会产生声光报警,提醒学生注意坐姿;当学生学习时间超过45分钟时,蜂鸣器会发出声光报警,提醒学生休息;当光线过强或过弱时,蜂鸣器会发出声光报警,提醒学生注意学习环境;可以区分是什么原因引起的声光报警;并具有设置功能,可自行设置。数据。LCD1602液晶显示器如何使用单片机蜂鸣器报警流程图及c语言程序设计,设计了一款多功能护眼器。本设计的技术要求是当学生的脸与书本或电脑的距离小于30厘米时,蜂鸣器会产生声光报警,提醒学生注意坐姿;当学生学习时间超过45分钟时,蜂鸣器会发出声光报警,提醒学生休息;当光线过强或过弱时,蜂鸣器会发出声光报警,提醒学生注意学习环境;可以区分是什么原因引起的声光报警;并具有设置功能,可自行设置。数据。LCD1602液晶显示器如何使用,设计了一款多功能护眼器。本设计的技术要求是当学生的脸与书本或电脑的距离小于30厘米时,蜂鸣器会产生声光报警,提醒学生注意坐姿;当学生学习时间超过45分钟时,蜂鸣器会发出声光报警,提醒学生休息;当光线过强或过弱时,蜂鸣器会发出声光报警,提醒学生注意学习环境;可以区分是什么原因引起的声光报警;并具有设置功能,可自行设置。数据。设计了一款多功能护目镜。本设计的技术要求是当学生的脸与书本或电脑的距离小于30厘米时,蜂鸣器会产生声光报警,提醒学生注意坐姿;当学生学习时间超过45分钟时,蜂鸣器会发出声光报警,提醒学生休息;当光线过强或过弱时,蜂鸣器会发出声光报警,提醒学生注意学习环境;可以区分是什么原因引起的声光报警;并具有设置功能,可自行设置。数据。设计了一款多功能护目镜。本设计的技术要求是当学生的脸与书本或电脑的距离小于30厘米时,蜂鸣器会产生声光报警,提醒学生注意坐姿;当学生学习时间超过45分钟时,蜂鸣器会发出声光报警,提醒学生休息;当光线过强或过弱时,蜂鸣器会发出声光报警,提醒学生注意学习环境;可以区分是什么原因引起的声光报警;并具有设置功能,可自行设置。数据。人脸与书本或电脑距离小于30厘米,蜂鸣器会发出声光报警,提醒学生注意坐姿;当学生学习时间超过45分钟时,蜂鸣器会发出声光报警,提醒学生休息;当光线过强或过弱时,蜂鸣器会发出声光报警,提醒学生注意学习环境;可以区分是什么原因引起的声光报警;并具有设置功能,可自行设置。数据。人脸与书本或电脑距离小于30厘米,蜂鸣器会发出声光报警,提醒学生注意坐姿;当学生学习时间超过45分钟时,蜂鸣器会发出声光报警,提醒学生休息;当光线过强或过弱时,蜂鸣器会发出声光报警,提醒学生注意学习环境;可以区分是什么原因引起的声光报警;并具有设置功能,可自行设置。数据。提醒学生休息;当光线过强或过弱时,蜂鸣器会发出声光报警,提醒学生注意学习环境;可以区分是什么原因引起的声光报警;并具有设置功能,可自行设置。数据。提醒学生休息;当光线过强或过弱时,蜂鸣器会发出声光报警,提醒学生注意学习环境;可以区分是什么原因引起的声光报警;并具有设置功能,可自行设置。数据。

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1 整体设计

1.1 系统设计

该系统以STC89C52RC DPIP40单片机为核心控制单元,通过HC-SR04超声波测距模块测量人脸到书本的距离。当测量距离小于30cm或设定距离时,产生声光报警。光模拟信号通过光敏电阻的光电导效应采集,并通过ADC0832模数转换器转换为数字信号。数字信号经过光强等级处理,采用1602液晶显示器显示光强。当光线过强或过弱时,都会产生报警。学习时间由单片机内部定时器T1计时,学习时间超过45分钟或设定值时产生报警,报警电路由PNP晶体管驱动。系统整体设计框图如图1所示。

1.2 系统设计的基本步骤

本设计的主要步骤如下:

1)仔细分析视力保护器的技术要求。

2)确定硬件设备,选择设备型号。

3)画出电路原理图。

4)根据硬件电路和各个芯片的时序编写程序。

5)将程序输入单片机进行软件测试,发现错误,使系统程序更加完整。

6)根据电路原理图和对应元器件的焊接方法焊接硬件电路。

7)将程序写入单片机进行硬件调试。

2 硬件设计

STC89C52RC PDIP封装单片机由宏晶科技推出。其指令代码与传统8051单片机完全兼容,是增强型8051单片机。工作电压为5.5~3.3V(5V单片机),有8K字节用户应用程序空间,片内集成512字节RAM,内部存储空间为 2 K EEPROM。程序可以通过串口直接下载,处理速度快,抗干扰能力强,功耗低,价格便宜,所以本设计采用STC89C52RC作为主选芯片控制电路。

2.1 主控模块设计

主控模块包括时钟电路、系统复位电路和电源电路。时钟电路由单片机内部反相放大器的输入管脚跨接在晶振两端和两个微调电容组成一个自激振荡器,用来产生必要的时钟单片机工作时的信号。时钟电路中的电容为20 pF,晶振为12 MHz,因为频率越高,单片机的速度越快。系统采用按键复位工作方式,其复位电路由复位按键、10μF电容和10kΩ电阻组成。微控制器的复位时间由复位电路的极性电容决定。

固定、极性电容一般使用10~30μF。单片机时钟工作后,只要RST引脚出现两个以上机器周期的高电平,系统就复位。

2.2 蜂鸣器报警电路模块设计

因为电磁蜂鸣器需要较低的电压才能发出高分贝的声音,所以本设计选用了电磁蜂鸣器。它的发声原理是电流通过电磁线圈产生磁场,然后驱动振膜发声。由于单片机I/O管脚输出电流的驱动能力有限,故采用PNP型三极管(放大)来驱动蜂鸣器。当P1.3输出高电平“1”时,三极管Q1截止,线圈没有电流流过,蜂鸣器不响,当P1.3输出低电平“ 0”,三极管Q1导通,电流流过蜂鸣器线圈,蜂鸣器鸣响。因为发光二极管和蜂鸣器是并联的,声光报警同时进行。蜂鸣器报警电路图如图2所示。

2.3 光敏电阻测光电路模块设计

2.3. 1 个光敏电阻

光敏电阻由硅、锗、硫化镉、硒化铅等半导体材料制成,它的工作区域在一个很薄的感光层上,感光层具有电阻特性,两端由金属电极引出。没有光的时候,光敏电阻的阻值很大。当光线照射到感光层时,半导体材料中的载流子会迅速增加,电阻会降低。光线越强,阻力越小。光敏电阻通常制成芯片结构,以吸收更多的光能。光敏电阻具有灵敏度高、测光范围广等优点。光敏电阻是有源器件,工作时必须通电。

2.3.2 光敏电阻测光电路

光敏电阻测光电路的工作原理:当光线变化时,由于光敏电阻内部载流子的变化,流过光敏电阻的电流发生变化,然后R6两端的分压发生变化。模拟电压信号通过 ADC0832 模型。数字转换器采集后即可得到相应的数字信号,经单片机处理后,在LCD液晶模组上显示光强百分比。光敏电阻测光电路的接线图如图3所示。

2.4 电源接口电路模块设计

本设计使用 3 个1.5 V 电池串联供电。电池盒与自锁开关串联可方便电路的通断。电源接口电路的接线图如图4所示。

图片[1]-单片机定时器T0系统设计的基本步骤-上海怡健医学-老王博客

2.5 按键电路模块设计

此设计使用按钮来设置学习时间、光强限制和报警距离。按键电路接线图如图5所示。其中,S4为设置键,S3为开始学习键和设定值加号键,S2为时间复位键和减号键设定值。按下某个键时,低电平有效。

2.6 超声波测距模块设计

2.6.1 超声简介

超声波是一种高于 20 kHz 的机械波。它在不同的媒体中以不同的速度传播。当通过两种不同的介质时,介质表面会发生反射和折射,超声波在传播过程中会有一定的衰减。超声波在空气中衰减较快,频率越高衰减越快,因此在空气中传播时使用频率较低的40kHz的超声波。

2.6.2 超声波测距原理

本设计利用遇到障碍物时超声波反射的特性,采用往返时间检测的方法来测量距离。超声波测距示意图如图6所示。

测距时,超声波发射器向一定方向发射超声波,超声波在空中遇到障碍物时立即反射回来。计算超声波在空气中的往返时间t,超声波在空气中的传播速度为:340m/s。使用下面的公式 (1) 可以知道超声波探头和障碍物之间的距离 S。

S=vt/2 (1)

2.6.3 HC—SRO4 超声波测距模块

本设计使用HC-SRO4超声波测距模块来测量人脸与书本的距离。模块测距范围2~400cm,测距精度高达3mm;该模块由超声波发射器、超声波接收器和控制电路组成。发射器发射超声波信号作为距离的采样信号,接收器接收发射的信号。

HC-SRO4超声波测距模块使用I/O口TIRG触发测距,给TIRG至少10s的高电平。此时模块自动发送8个40kHz的方波,并自动检测是否有信号返回。如果有信号返回,通过I/O口ECHO输出高电平,高电平持续时间为超声波发射到返回的时间,测试距离=(高电平时间*340米/秒)/2。HC-SRO4超声波测距模块引脚图如图7所示,VCC接电源,GND接地,TIRG为触发控制信号输入端接P3.3, ECHO为连接P3.2的回波信号输出端。

3 软件设计

本设计中使用的编程语言是 C 语言。根据系统要实现的功能,先编写主程序单片机蜂鸣器报警流程图及c语言程序设计,然后利用硬件电路功能和各芯片、各模块的工作时序编写子程序,最后在主程序中调用。该方法简单,主程序语句少,易于软件设计和错误检查,还可以很好地利用硬件电路和模块调试。

3. 1 主程序流程图

系统主程序流程图如图8所示。

3.2部分子程序流程图

T0 用于测量超声波的往返时间。工作在工作模式1,对单片机的机器周期进行计数。定时器的计时时间与系统的时钟频率有关。由于一个机器周期等于12个时钟周期,晶振为12MHz,所以计数周期为:T=12×1/(12×106)=1μs。当超声波ECHO结束为高电平时开始计时。超声波测距子程序流程图如图9所示。

学习时间由定时器T1计时,工作在工作模式1。初始值为TH1=0X3C;TL1=0XB0;50ms中断一次,数值加1。数值加到20为1s,秒加1;当秒加到60时,分加1;当分钟加到 60 时,小时加 1;当它添加到 24 时,它将重新开始。报警子程序的流程图如图 10 所示。

4 系统调试

软件测试:用Keil uvision4编写程序,调试,纠正语法错误。

硬件测试:焊接电路前,先用万用表测量各元器件的好坏,区分电容蜂鸣器的极性、发光二极管的正负极、PNP型三极管的三个电平。焊接电路板时,从单片机最小系统入手,分模块,逐个焊接,用万用表的“二极管”挡随时测试电路是否导通。焊接完成后,使用STC_ISP_V479下载软件将编译好的程序烧录到单片机芯片中,进行功能测试。

5 结论

经过软硬件的设计和调试,系统达到了设计要求。当学生开始学习时;如果光线低于设置的弱光或光线高于设置的强光,报警电路会发出声光报警,提醒学生注意学习环境;如果超声波测得的距离小于30厘米或设定值,报警电路会发出声光报警,提醒学生调整眼睛与书本的距离。当学习时间达到设定值时,产生10次警报,每次3次,提醒学生注意休息。由于超声波在空气中的传播速度与温度有关,本设计没有考虑温度对超声波传播速度的影响。测量距离仍有一定误差,但误差很小。可以通过温度传感器DS18B20进一步改进,使测量更加准确。准确的。

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THE END
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