基于STM32F嵌入式视力保护仪设计与实现

2016-07-31胡晓辉,王锋,陈媛媛

数码世界 2016年3期

目前，随着我国各阶段教育的普及，近视青少年人数却在逐年增加。主要原因是青少年的学习习惯不良，研究一种能够纠正青少年学习习惯，减少近视发生几率的产品变得很急迫。市场上大多数产品具备有眼保护、纠正坐姿和眼保护灯等功能，但是这些产品功能单一，不能满足消费者个性化需求。同时很多产品采用51单片机作为其处理器，因51单片机资源不足，同时完成超声波传感器数据解码、A/D转换和数据显示，大大降低了系统性能。故不能很好的满足市场应用。本设计采用STM32F103嵌入式处理芯片，响应速度快，可扩展性能好。根据stm32的处理器的内部定时器功能，超声波传感器的测距功能，光敏电阻测光特性，结合液晶显示器的显示方法，设计一种多功能视力保护装置。

1 总体方案设计

1.1 系统工作流程

系统工作流程如图1所示，主要包括光敏电阻测光电路、超声波测距电路、液晶显示电路和声光报警电路。结合图1整个系统工作流程如下：

(1) 感光过程。光敏电阻感光模块根据光线强度输出不同电压值，stm32内置的A/D转换功能将电压值转换成数字信号。根据数字信号大小判断光线的强弱。

(2) 测距过程。超声波传感器由两部分组成：发射部分和接收部分，发射模块发射发射连续矩形脉冲，接受模块接受反射回来脉冲。通过Stm32处理器内部定时器记录脉冲来回时间，计算出距离。测量范围0cm~450cm，测量精度1cm以内。

(3) 声光报警过程。当光线小于设定值谁stm32驱动蜂鸣器和led电路发出声光提示。当学习者离桌面距离小于45cm时，也发出声光提示。同时，学习者可以设定学习的时间，到达时间后提示学习结束。

图1 系统整体框图

2 硬件设计

2.1 STM32处理器及系统接口电路

STM32F103ZETT6处理器是32位的ARM微控制器，采用Cortex-M3内核，工作频率为72 MHz。内部集成多达512 KB的闪存，64 KB的SRAM。外设接口丰富，包括2个基本定时器、4个通用定时器、2个高级定时器、3个12 位ADC、1个FSMC接口以及112个通用IO 口。采用Cortex-M3内核的ARM处理器实时性能好、功耗低、性能高、性价比高、主要用于竞争性价格于一体的嵌入式领域。

2.2 超声波测距电路

US-100超声波测距模块测距的范围为0~4.5m，工作电压为2.4~5.5V，低于2mA的静态功耗，可以工作在GPIO和串口两种模式下，通过自身的温度传感器完成对最终结果的校正，由于自身看门狗功能，工作稳定可靠。

图2 超声波接口电路

电平触发测距工作原：STM32F处理器在 Trig/TX管脚输入一个10US以上的高电平，超声波传感器立刻发出8个40KHZ 的超声波矩形脉冲，超声波接收模块立刻检测有无返回信号。同时单片机启动计时器开始定时；然后处理器不停的检测PA9引脚，当PA9引脚由低电平变为高电平则超声波信号已经返回，模块还要进行温度值的测量，然后根据当前温度对测距结果进行校正。Stm32的PA9管脚的高电平时间即为超声波在空气中传播来回时间。最后，将校正后的结果通过Echo/RX管脚输出。高电平通过Echo管脚输出，根据Echo管脚输出高电平计算测量的距离。可以用公式表示为：(高电平时间×340m/s)÷2。