基本信息
- 項目名稱：
- 一種基于超聲波測距的視力保護系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本系統(tǒng)是一個基于超聲波的電腦眼睛保護系統(tǒng)，首先，通過一個超聲波測距電路，間歇性地發(fā)出小功率的超聲波，利用時間差原理計算得到人臉和屏幕之間的距離；接著，由一個接口電路把測距模塊和計算機連接起來，讓計算機可以通過所獲得測量的距離；最后，設計程序把獲得數據進行后續(xù)處理工作，當發(fā)現接連一段時間收到的數據小于允許的最小距離時，在屏幕上都會彈出相應警告信息，從而達到保護用戶眼睛的目的。
- 詳細介紹：
- 本系統(tǒng)由硬件和應用軟件兩大部分組成，硬件部分有超聲波測距模塊和接口模塊，軟件部分有單片機的控制程序和警示處理界面構成。 超聲波測距模塊的具體工作過程如下，在單片機產生復位信號后，產生一個控制信號，控制超聲波發(fā)射電路產生間歇性的40kHz的驅動方波，加到超聲波發(fā)射器后發(fā)射出頻率為40kHz的超聲波。同時，單片機內部的定時器啟動，超聲波遇到障礙物反射回來后，經超聲波接收器接收，由超聲波接收電路處理后產生一個接收信號，用來作為單片機內部的定時器的輸入捕捉標志，從而測量出超聲波信號從發(fā)出到接收所花的時間，完成一次超聲波測距的時間操作。同時，由溫度補償電路測得當前的環(huán)境溫度，讀入單片機，然后經其處理，計算出更為精確的聲速，以獲得更為精確的距離，并在顯示模塊上顯示相應的距離測量值以及當前溫度。 超聲波發(fā)射電路利用555定時器產生40kHz的驅動方波。超聲波接收電路采用與發(fā)射器配對的超聲波接收器，將超聲波調制脈沖變?yōu)榻蛔冸妷盒盘?。接收信號的處理采用紅外接收芯片CX20106A。 單片機作為系統(tǒng)控制核心，其外圍電路有供電電路，復位電路，振蕩電路，即單片機最小系統(tǒng)，與顯示模塊電路，溫度傳感電路，以及USB接口電路，實現控制發(fā)射接收，溫度測量，距離測量，顯示以及與電腦通信的系統(tǒng)性功能。單片機選擇STC89C51即可滿足處理要求；顯示器件可以采用數碼管或者液晶顯示屏，也可省掉這一硬件模塊，利用用戶界面顯示在計算機的顯示器上；溫度傳感器采用數字溫度傳感器DS18B20，測量精度高，應用方便；USB接口電路方面，由于設備只需把測量到的數據傳送到USB接口，而不需要從計算機那里獲取數據，因此可以使用USB轉串口芯片CP2101，該芯片可以輕松地將計算機的USB接口變成單片機可直接使用的串口。 單片機控制程序流程如下：首先，系統(tǒng)進行初始化，然后，每2秒鐘主要執(zhí)行以下操作： 1.讀取溫度傳感電路測得的溫度值，轉化成一定數據格式并存儲起來。 2.單片機控制超聲波發(fā)射電路發(fā)射2ms的超聲波，同時啟動T0計時器。 3.等待中斷信號，即等待回波的接收信號。 4.單片機接收到中斷信號后，進入中斷服務程序，關閉T0，計算超聲波發(fā)射到接收的時間，再利用溫度信息對聲速進行補償，算出最終測得的距離。 5.單片機將測得的距離發(fā)送到USB接口。 6.每隔4ms執(zhí)行一次顯示子程序，刷新數碼管。 系統(tǒng)應用軟件流程如圖6所示，定義一個計數器，之后不斷讀取USB口的數據，有數據送來時將它與設置好的最小距離比較，如果連續(xù)十次或十次以上（即超過20s）小于最小距離時，彈出警示窗口，否則返回后計數器清0，這樣可以避免用戶偶然進入警示距離時產生誤報，又可保證對用戶起到警示作用。另外，用戶界面還提供數據修改、密碼保護等功能，并可以根據需要選擇是否在顯示器上顯示距離。 本發(fā)明還有其它的實施方案，如超聲波發(fā)射可以采用其它方波發(fā)生電路，超聲波接收處理可以采用音頻譯碼集成芯片；顯示電路可以采用液晶顯示屏或者直接在電腦屏幕上顯示；接口電路可以根據需要采用串行接口或者并行接口，也可以直接集成到顯示器中。 以上內容時是結合具體的優(yōu)選方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本技術領域的技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應視為由本發(fā)明所提交的權利要求書確定的專利范圍內。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 發(fā)明的目的：通過小功率的間歇性的超聲波，實現精確測距，設計一個簡單靈活操作的視力保護系統(tǒng)，提供人性化的應用功能，一定程度上達到保護用戶眼睛的目的，從而為當前眾多的電腦用戶帶來更健康、更完善的使用體驗。 基本思路：首先，通過一個超聲波測距電路，計算得到人臉和屏幕之間的距離；接著，通過USB接口向計算機發(fā)送測量的距離；最后，設計程序把獲得數據進行后續(xù)處理工作，當發(fā)現接連一段時間收到的數據小于允許的最小距離時，在屏幕上都會彈出相應警告信息，從而達到保護用戶眼睛的目的。另外，軟件界面進行了功能擴展，包括修改參數、密碼保護等。 具體實現： 創(chuàng)新點： (1)著重于現實的應用價值和意義，設計出人性化的電腦使用眼睛保護系統(tǒng)，滿足人們日益增長的物質需求； (2)提供良好的用戶界面，用戶可自行調整適合自己的距離和時間，更加人性化，并且修改參數需要密碼，使得功能更加完善； (3)本項目技術實現簡單易行，測距技術低耗能、低成本，操作控制智能化、人性化。 技術關鍵：本系統(tǒng)是一個基于超聲波測距的電腦眼睛保護系統(tǒng)，由硬件和應用軟件兩大部分組成，硬件部分有超聲波測距模塊和接口模塊，應用軟件部分有單片機的控制程序和警示處理界面構成；因此，核心技術是超聲波測距技術、單片機控制技術和界面處理設計。 主要技術指標：在本設計中，最核心技術是超聲波測距技術，應用場景是個人PC端，故有效測量距離在0.3m至2m即可。本產品為短距離測距，對精度要求較高，測距精度不超過1cm。
科學性、先進性
- 本發(fā)明與現有技術相比，可以說具有如下自身的技術和優(yōu)點： 1.本發(fā)明在基于超聲波測距的基礎上，設計了一個有一定應用價值的、為大眾所接受的電腦眼睛保護系統(tǒng)。該系統(tǒng)提供人性化的應用功能，一定程度上達到保護用戶眼睛的目的，從而為用戶帶來更健康、更完善的使用體驗。 2.小功率間歇性的超聲波對人體有益，使人感覺放松，能有效減輕人們學習工作的壓力。 3.本系統(tǒng)低耗能、低成本。本產品批量生產成本能控制在15元以內。 4.本系統(tǒng)可以設計為USB接口、串行接口或者直接集成到顯示器上，提供多樣化的產品，以供用戶選擇。 5.本系統(tǒng)的軟件界面設計較為人性化，警示界面友好，并且提供數據修改、密碼保護等功能，更加完善。
獲獎情況及鑒定結果
- 作品于2009年9月在中山大學由中山大學信息科學與技術學院舉辦的第五屆科技創(chuàng)新大賽中獲得優(yōu)秀項目獎。
作品所處階段
- 中試階段
技術轉讓方式
- 合作生產
作品可展示的形式
- 實物、現場演示、圖片
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 產品說明： 本系統(tǒng)是一個基于超聲波的電腦眼睛保護系統(tǒng)，由硬件和應用軟件兩大部分組成，硬件部分有超聲波測距模塊和接口模塊，應用軟件部分有單片機的控制程序和警示處理界面構成。 超聲波測距模塊主要由單片機最小系統(tǒng)、超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路組成。接口電路模塊根據需要可以設計成USB接口、串行接口或并行接口。單片機程序設計最主要的是對距離的計算和與接口的通信，而軟件應用程序主要是對接收到的數據進行比較處理，警示條件達到時，提醒用戶用眼健康；另外，軟件還支持數據的修改，以及密碼保護等功能。 市場分析： 本系統(tǒng)是一個有一定應用價值的電腦眼睛保護系統(tǒng)，提供人性化應用功能，一定程度上達到保護用戶眼睛的目的，從而為用戶帶來更健康更完善的使用體驗。另外，小功率間歇性的超聲波對人體有益，使人感覺放松，對學習工作生活壓力日益增大的現代人來說是個福音。另外，本產品批量生產，成本低于15元，價格更加便宜，可以變身為電腦的一個小型外設，配以吸引人眼球的設計，一定可以獲得大眾的親睞。
同類課題研究水平概述
- 人的眼睛是大腦與外界景象聯(lián)系的窗口，保護眼睛的視力非常重要。隨著電腦的普及和物質生活水平的提高，人們對電腦的使用時間越來越長，要求也越來越高，有必要設計一種設備，提供人性化的應用功能，在一定程度上達到保護用戶眼睛的目的，從而為用戶帶來更健康、更完善的使用體驗。 目前市場上測距的主要技術有聚焦測距、超聲波測距、紅外線測距、激光測距等，而基于對人體的保護，前兩種測距方式比較合適。2008年1月10日，中星微電子全球首推PC攝像頭智能“測距”新技術，通過攝像頭圖像采集芯片捕捉含有人臉的圖像，并采用先進的人臉檢測和眼睛定位技術自動對圖像進行分析，進而測定出眼睛距顯示器的距離，實現人性化的保護用戶眼睛的功能,但該項技術需要運用處理功能比較強的攝像頭芯片，成本較高，價格比較昂貴，而且獲取圖像后的處理也比較麻煩，并且修改參數時也不支持密碼使用，本產品通過簡單實用的超聲波測距，設計了一種簡單實用的大眾化產品，來實現保護眼睛視力的功能。
