基于MSP430智能防近視眼鏡的設(shè)計
摘要:本文針對中小學(xué)生近視率不斷上升的問題,設(shè)計和實現(xiàn)了一種以MSP430單片機(jī)為控制核心的智能防近視眼鏡。該設(shè)備利用夏普GP2Y0E03紅外測距傳感器、以BH1750芯片為核心設(shè)計的光強(qiáng)傳感器以及以MPU6050芯片為核心設(shè)計的六軸傳感器采集用戶的用眼情況,利用MSP430單片機(jī),模擬出人眼的疲勞情況,在人眼過度疲勞時提醒用戶休息,防治近視。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/271653.htm引言
目前青少年近視的本質(zhì)原因是長時間看近處的東西,眼睛長期得不到休息,長期產(chǎn)生視覺疲勞,最終病變成近視。本文開發(fā)了一種智能防近視眼鏡,可以隨時監(jiān)控用戶的用眼情況,防止用眼疲勞,從而防治近視;同時還專門為中小學(xué)生設(shè)計了一個閱讀/寫字姿勢校正功能,通過內(nèi)置的距離傳感器和六軸傳感器感知用戶的閱讀/寫字姿勢,在姿勢不正確時發(fā)出提醒以督促用戶保持正確的閱讀/寫字姿勢,防治近視。提醒的方式是通過系統(tǒng)內(nèi)置的貼片LED呼吸燈閃爍以及微型振子震動提醒;系統(tǒng)內(nèi)置的存儲芯片可以存儲用戶佩戴十小時的用眼數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)可以通過藍(lán)牙導(dǎo)入至為此設(shè)計開發(fā)的安卓手機(jī)客戶端,繪制用眼曲線,以方便家長進(jìn)行監(jiān)控。
本系統(tǒng)設(shè)計的另外一個亮點在于對于系統(tǒng)功耗的有效控制。一方面,本文設(shè)計的智能防近視眼鏡設(shè)計了基于MSP430的I/O接口設(shè)計了電容觸控傳感器,放置在眼鏡鏡腿的位置,當(dāng)用戶佩戴眼鏡時系統(tǒng)自動喚醒,摘下眼鏡后系統(tǒng)自動進(jìn)入休眠模式,傳感器和無線模塊不再工作,這種方式省去了電源開關(guān)的設(shè)計,提高了使用的便利性,還在一定程度降低了系統(tǒng)的功耗,增加系統(tǒng)待機(jī)和使用時間。另一方面,系統(tǒng)設(shè)計的六軸傳感器除了在矯正坐姿功能中檢測用戶閱讀/寫字姿態(tài)外,系統(tǒng)還在單片機(jī)內(nèi)設(shè)計了一套智能算法識別智能防近視眼鏡的使用場景,在用戶運動、飲食、與人交談時依照算法降低距離與光強(qiáng)傳感器測量的頻率,比如一分鐘采集一次;運動傳感器檢測到用戶在靜坐或者專心做某事時適當(dāng)增加上述傳感器測量的頻率,比如每隔5秒采集一次,以保證在這段時間內(nèi)采集到數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度,這樣的設(shè)計可以動態(tài)分配系統(tǒng)的功耗,在不降低測量精度的前提下降低功耗。
1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
為了實現(xiàn)防治近視的功能,必須要獲取到用戶眼睛的疲勞情況,然而直接測量人眼的疲勞值十分困難,所以本文采用了另一種技術(shù)方案:通過眼鏡上的多種傳感器采集人眼工作時的各種數(shù)據(jù),如距離、光強(qiáng)、姿態(tài)等,然后利用單片機(jī)內(nèi)置的智能算法模擬出人眼的疲勞情況。當(dāng)檢測到用戶的眼睛疲勞值較高時,系統(tǒng)通過內(nèi)置的貼片LED呼吸燈閃爍以及微型振子震動提醒用戶望遠(yuǎn)休息。系統(tǒng)內(nèi)置的存儲芯片可以存儲用戶佩戴十小時的用眼數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)可以通過藍(lán)牙導(dǎo)入至為此設(shè)計開發(fā)的安卓手機(jī)客戶端,繪制用眼曲線,以方便家長進(jìn)行監(jiān)控。目前所做的系統(tǒng)原型如圖1和圖2。
具體的實現(xiàn)方案:如圖3,距離傳感器GP2Y0E03、光強(qiáng)傳感芯片BH1750和六軸傳感芯片MPU6050將采集到的距離、光強(qiáng)、加速度和角速度這些非電學(xué)信息轉(zhuǎn)化為模擬信號并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號,通過IIC通訊方式輸出;這些傳感器掛載在主控芯片MSP430G2553的IIC總線上,單片機(jī)定時激活相應(yīng)傳感器并通過IIC通訊方式獲取相關(guān)信息,此后關(guān)閉傳感器等待下一次的喚醒;單片機(jī)獲取到相關(guān)信息后,通過內(nèi)置的智能算法模擬人眼的疲勞值變化曲線;微型振子和貼片LED燈通過相應(yīng)的驅(qū)動電路和單片機(jī)相連,當(dāng)軟件模擬的人眼疲勞值達(dá)到一定程度時單片機(jī)激活振子發(fā)出震動并呼吸閃爍LED燈,提醒用戶望遠(yuǎn)休息;電容感應(yīng)式觸控傳感器同樣與單片機(jī)的I/O引腳相連接,用戶頭部相當(dāng)于一個大面積的導(dǎo)體,當(dāng)用戶佩戴本文所設(shè)計的智能眼鏡時,頭部和電容感應(yīng)式觸控傳感器構(gòu)成分布電容,頭部與系統(tǒng)地之間也構(gòu)成分布電容,總的效果是增加了上述傳感器對系統(tǒng)地之間的電容量,單片機(jī)通過測量電容量的變化來判斷用戶是否佩戴,當(dāng)用戶佩戴上述智能眼鏡時,單片機(jī)從睡眠模式激活,并開始按時喚醒傳感器和通知模塊;以MPU605芯片為核心設(shè)計的六軸傳感器采集到的加速度和角速度數(shù)據(jù)不僅用于判斷和矯正用戶的閱讀/寫字姿態(tài),還用于識別用戶的使用場景,根據(jù)用戶頭部六軸幅度的不同,單片機(jī)通過內(nèi)置智能算法智能分配傳感器喚醒的間隔時間,達(dá)到降低系統(tǒng)功耗的目的;藍(lán)牙模塊掛載在單片機(jī)的串口總線上,當(dāng)用戶需要同步用眼數(shù)據(jù)時,單片機(jī)通過藍(lán)牙模塊將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸至安卓手機(jī)客戶端并通過可視化方式呈現(xiàn);單片機(jī)引腳上還設(shè)計了一個按鍵用于切換視力跟蹤功能和坐姿矯正功能。
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