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基于MSP430智能防近视眼镜的设计

发布时间:2020-07-01 02:17:28 阅读: 来源:绒布厂家

摘要:本文针对中小学生近视率不断上升的问题,设计和实现了一种以MSP430单片机为控制核心的智能防近视眼镜。该设备利用夏普GP2Y0E03红外测距传感器、以BH1750芯片为核心设计的光强传感器以及以MPU6050芯片为核心设计的六轴传感器采集用户的用眼情况,利用MSP430单片机,模拟出人眼的疲劳情况,在人眼过度疲劳时提醒用户休息,防治近视。

本文引用地址:引言

目前青少年近视的本质原因是长时间看近处的东西,眼睛长期得不到休息,长期产生视觉疲劳,最终病变成近视。本文开发了一种智能防近视眼镜,可以随时监控用户的用眼情况,防止用眼疲劳,从而防治近视;同时还专门为中小学生设计了一个阅读/写字姿势校正功能,通过内置的距离传感器和六轴传感器感知用户的阅读/写字姿势,在姿势不正确时发出提醒以督促用户保持正确的阅读/写字姿势,防治近视。提醒的方式是通过系统内置的贴片LED呼吸灯闪烁以及微型振子震动提醒;系统内置的存储芯片可以存储用户佩戴十小时的用眼数据,这些数据可以通过蓝牙导入至为此设计开发的安卓手机客户端,绘制用眼曲线,以方便家长进行监控。

本系统设计的另外一个亮点在于对于系统功耗的有效控制。一方面,本文设计的智能防近视眼镜设计了基于MSP430的I/O接口设计了电容触控传感器,放置在眼镜镜腿的位置,当用户佩戴眼镜时系统自动唤醒,摘下眼镜后系统自动进入休眠模式,传感器和无线模块不再工作,这种方式省去了电源开关的设计,提高了使用的便利性,还在一定程度降低了系统的功耗,增加系统待机和使用时间。另一方面,系统设计的六轴传感器除了在矫正坐姿功能中检测用户阅读/写字姿态外,系统还在单片机内设计了一套智能算法识别智能防近视眼镜的使用场景,在用户运动、饮食、与人交谈时依照算法降低距离与光强传感器测量的频率,比如一分钟采集一次;运动传感器检测到用户在静坐或者专心做某事时适当增加上述传感器测量的频率,比如每隔5秒采集一次,以保证在这段时间内采集到数据的准确度,这样的设计可以动态分配系统的功耗,在不降低测量精度的前提下降低功耗。

1 系统总体结构设计

为了实现防治近视的功能,必须要获取到用户眼睛的疲劳情况,然而直接测量人眼的疲劳值十分困难,所以本文采用了另一种技术方案:通过眼镜上的多种传感器采集人眼工作时的各种数据,如距离、光强、姿态等,然后利用单片机内置的智能算法模拟出人眼的疲劳情况。当检测到用户的眼睛疲劳值较高时,系统通过内置的贴片LED呼吸灯闪烁以及微型振子震动提醒用户望远休息。系统内置的存储芯片可以存储用户佩戴十小时的用眼数据,这些数据可以通过蓝牙导入至为此设计开发的安卓手机客户端,绘制用眼曲线,以方便家长进行监控。目前所做的系统原型如图1和图2。

具体的实现方案:如图3,距离传感器GP2Y0E03、光强传感芯片BH1750和六轴传感芯片MPU6050将采集到的距离、光强、加速度和角速度这些非电学信息转化为模拟信号并进一步转化为数字信号,通过IIC通讯方式输出;这些传感器挂载在主控芯片MSP430G2553的IIC总线上,单片机定时激活相应传感器并通过IIC通讯方式获取相关信息,此后关闭传感器等待下一次的唤醒;单片机获取到相关信息后,通过内置的智能算法模拟人眼的疲劳值变化曲线;微型振子和贴片LED灯通过相应的驱动电路和单片机相连,当软件模拟的人眼疲劳值达到一定程度时单片机激活振子发出震动并呼吸闪烁LED灯,提醒用户望远休息;电容感应式触控传感器同样与单片机的I/O引脚相连接,用户头部相当于一个大面积的导体,当用户佩戴本文所设计的智能眼镜时,头部和电容感应式触控传感器构成分布电容,头部与系统地之间也构成分布电容,总的效果是增加了上述传感器对系统地之间的电容量,单片机通过测量电容量的变化来判断用户是否佩戴,当用户佩戴上述智能眼镜时,单片机从睡眠模式激活,并开始按时唤醒传感器和通知模块;以MPU605芯片为核心设计的六轴传感器采集到的加速度和角速度数据不仅用于判断和矫正用户的阅读/写字姿态,还用于识别用户的使用场景,根据用户头部六轴幅度的不同,单片机通过内置智能算法智能分配传感器唤醒的间隔时间,达到降低系统功耗的目的;蓝牙模块挂载在单片机的串口总线上,当用户需要同步用眼数据时,单片机通过蓝牙模块将相关数据传输至安卓手机客户端并通过可视化方式呈现;单片机引脚上还设计了一个按键用于切换视力跟踪功能和坐姿矫正功能。

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