1. 选题的背景和意义我国是世界上近视发病率最高的国家之一，近视眼人数世界第一。
据统计由于近视导致的眼盲，已仅次于白内障，青光眼而居第三位。
近视已被列为三大疾病之一。
中国学生视力低下的状况令人担忧，而写字看书姿势不正确和看书写作业的时间太长是导致近视的主要原因。
所以设计一款人性化的视力保护器意义重大。
1.1 选题的背景近视在发展中国家十分突出，亚洲国家近视发生率在70%-90%左右；美国和欧洲近视发生率在30%-40%，全世界几乎所有的人群都存在近视。
亚洲人比欧洲人更为常见，女人比男人常见（女性是男性的两倍）。
目前，据中国、美国、澳大利亚合作开展的防治儿童近视研究项目前期调查显示，我国人口近视发生率为33%，全国近视眼人数已近4亿，已经达到世界平均水平22%的1.5倍。
而近视高发群体——青少年近视发病率则高达50%至60%，其中小学生近视眼发生22.78%，初中生为55.22%，高中生为70.34%，大学生高达80%以上。
我国是世界上近视发病率最高的国家之一，近视眼人数世界第一。
据统计由于近视导致的眼盲，已仅次于白内障，青光眼而居第三位。
近视已被列为三大疾病之一。
而引起近视的主要因素：1.用眼距离过近。
据有关资料报道，青少年近视眼以长期用眼距离过近引起者为多见。
青少年眼睛的调节力很强，当书本与眼睛的距离达7-10厘米时仍能看清物体，但如果经常以此距离看书，写字就会使眼睛的调节异常紧张，从而可形成屈折性（调节性）近视，所谓的假性近视。
如果长期调节过度，使睫状肌不能灵活伸缩，由于调节过度而引起辐辏作用加强，使眼外肌对眼球施加压力，眼内压增高，眼内组织充血，加上青少年眼球组织娇嫩，眼球壁受压渐渐延伸，眼球前后轴变长，超过了正常值就形成了轴性近视眼，所谓真性近视。
而正常阅读距离应是30-35厘米。
2.用眼时间过长。
有的青少年看书写字做作业，看电视等连续3-4小时不休息，甚至到深夜才睡觉休息，这样不仅影响身体健康，而且使眼睛负担过重，眼内外肌肉长时间处于紧张状态而得不到休息，久而久之，当看远处时，眼睛的肌肉不能放松而呈痉挛状态，这样看远处就感到模糊而形成近视。
一般主张连续看书写字或看电视40-50分钟就应休息片刻或向远处眺望。
由上述可知，中国学生视力低下的状况令人担忧，而写字看书姿势不正确和看书写作业的时间太长是导致近视的主要原因。
所以设计一款人性化的视力保护器意义重大。
1.2 国内外研究现状通过市场调研，根据原理将视力保护器可具体分为机械平衡式视力保护器，支架式视力保护器，电子平衡式视力保护器和测距式视力保护器。
例如：1.5视力保护器，电子平衡式防瞌睡报警器，背背佳，利姿坐姿矫正器，支架式坐姿矫正器，iPosture，Visomate威士美USB视力保护器，文具盒式坐姿矫正器，其中1.5坐姿矫正器，背背佳，支架式坐姿矫正器，电子平衡式防瞌睡报警器最为普遍。
还有一些是技术人员自制的坐姿矫正器如坐正宝，微电脑式坐姿矫正器，红外测距式坐姿矫正器等。
然而这些现有产品都存在的自身的局限性。
如背背佳，支架式坐姿矫正器等产品不但没有保护视力的作用，还可能产生反作用，1.5视力保护器，iPosture，Visomate威士美USB视力保护器，文具盒式坐姿矫正器等产品对使用的环境和人群存在着局限性。
1.3 发展趋势在中国消费电子产业力图摆脱加工模式而寻求转型之际，全球产业发展的四个趋势给我们的产品带来了新的机会。
北京华兴万邦公司日前发布了08及09国际消费电子市场调研报告。
这份面向行业人士免费提供的报告揭示，全球消费电子产品在产品定义、外观设计和功能应用等等方面正在发生巨大的变化，其中最值得关注的是“绿色技术正在成为消费电子创新源泉之一”，“小的、而且是美的”，“互联网改变消费电子产品定义和设计思路”，“服务、网络、内容与消费电子产品的一体化设计”发展。
这四个趋势值得国内消费电子产品制造商、芯片供应商、软件供应商和内容供应商等厂商高度关注，以在今天技术和市场的巨大变化中寻求到新的发展机会[1]。
通过市场调研，目前坐姿矫正器有机械平衡式坐姿矫正器，支架式坐姿矫正器，电子平衡式坐姿矫正器和测距式坐姿矫正器这几类，而这些矫正器都存在功能单一的缺点，许多矫正器缺乏人性化设计，由于自身构造的局限性，造成适用人群和环境的局限性，所以现在没有被广泛使用，中小学生的视力低下的状况仍将延续。
顺应消费电子产品的趋势，本课题就是研究一款拥有测距定时提醒，角度变换，灵敏度高，携带方便，外形美观，适用于任何人群和环境的视力保护器。
2．研究的基本内容本课题运用模电、数电、单片机这些课内专业知识，借以人机工程学[2]，设计一款拥有测距定时提醒，角度变换，灵敏度高，携带方便，外形美观，适用于任何人群和环境的视力保护器。
该产品以单片机为核心，测距传感器，时钟电路，LED显示器，蜂鸣器，发光二极管组成外部电路，运用合适的硬件和软件开发。
产品使用及功能示意如图1.1。
图1.1 产品使用及功能示意图2.1 基本框架系统可根据实际电路分为测距部分，时钟定时及提醒部分。
系统框架如图1.2。
图1.2 系统框架图本设计采用STC89C52RC作为微处理器，以PHILIPS的PCF8563作为时钟芯片，T/R40-16P压电式超声波传感器，2K位串行CMOS E2PROM 的24C02数据存储器，LG5641AH四位共阴LED数码管，以TI公司推出的兼容RS232标准[3]的MAX232作为串口通讯。
2.2 研究的重点和难点如何通过物理结构实现角度可调和如何使人机工程学充分地在产品中展现是研究的难点。
这是人性化设计的难点，现代的产品一般给人传递两种信息，理性和感性两方面，对于理性的方面如产品功能、材料等是现在人们使用的基本要求，而另一种感性的方面则作为附加价值被人们所重视。
其实从人的本性来看．人的感性更多于理性，从这个角度出发，冰冷而机械味十足的“不友善”的产品可以说是生产者强加于人们去使用的，是违背了人的本性而不符合人的生理及心理习惯的。
而在产品的设计研发过程中，产品的感性设计具有很多的不确定因素，因为捕捉人类感性领域是一个很难定量的系统。
把人的因素放在首位的思想，强调人、产品、环境、社会之间相互依存、互促共生的关系[3]。
2.3 拟解决的关键问题(1)测距部分：超声波是一种频率超过20KHZ的机械波。
压电传感器中的压电晶片受发射电脉冲激励后产生振动。
当超声波作用于晶片时，晶片受迫振动引起的形变可转换成相应的电信号。
前者用于超声波的发射，后者即为超声波的接收，而且每一种压电传感器有固定的工作频率。
超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差△t,然后求出距离S=C×△t/2，式中的C为超声波波速。
一般在空气中的超声波传播速度为340m/s。
由于超声波也是一种声波，其声速C与温度有关，表1.1列出了几种不同温度下的声速[4]。
在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。
如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。
声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离。
这就是超声波测距的机理。
表1.1 不同温度下的声速(2)时钟部分：PCF8563的读写程序，及闹铃报警程序。
PCF8563采用I2C 总线接口，因此程序设计要实现I2C总线协议。
(3)人机交互部分（按键和显示）：合理地分配按键的功能，尽最大限度地实现各个按键的利用率。
因为是多位显示，又不能加重单片机负担，所以要采用四位共阴LED数码管，这就需要其响应8ms定时中断程序[5]，利用人眼的盲区，实现功能。
3．研究的方法及措施本系统包括两大方面的主要功能：距离提醒和时间提醒。
距离提醒主要针对人体坐姿不当，眼睛看事物距离过近，而产生提醒功能；时间提醒主要针对眼睛看事物时间过久，而产生提醒功能。
系统工作方案（从输入输出角度）分为：测距定时和提醒方式。
1.测距定时(1)测距：采用超声波测距原理（如图1.3），拥有距离显示功能图1.3 超声波测距原理40KHZ超声波信号由集成芯片NE555产生[6]，占空比可调的方波发生器。
NE555内部的比较器灵敏度较高，输出驱动电流大，而且采用差分式电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。
信号输入端由单片机软件产生，由三极管C9013放大，增益较大，会产生较好信号，由超声波发射探头发射信号。
超声波经过该级电路之后，发射出来的波形可能受外界干扰影响而产生稍微偏差，但频率是比较稳定的。
由于在距离较远的情况下超声波的回波信号比较弱，接收换能器R40-16P的输出信号只有几十毫伏，因此接受到的回波信号首先经过4运放集成的LM324进行放大，放大倍数约100倍，放大后的信号经电平变换电路加以滤波以及电平变换，输出低电平即表示监测到回波信号，若输出是高电平即表示未检测到回波信号或发射探头未发射信号。
LM324是一个四运放集成电路[7]，并且可以单电源供电，静态功耗小，价格低廉等优点，广泛应用在各种电路中。
(2)定时：通过时钟电路（PCF8569）实现（如图1.4），拥有时钟显示和定时功能图1.4 时钟定时原理PCF8563为CMOS型兼并时钟和日历，共8个引脚，有时钟输出、中断输出等。
通过单片机实现对I2C总线的EEPROM 24C02中数据的读取与写入操作。
2.提醒方式考虑到产品应不受环境局限（充分体现人机交互性），所以分为二种提醒方式：语音式和闪灯式。
这二种方式用户可根据自己所处的环境自行选择。
(1)语音主要依靠蜂鸣器实现，设定单片机输出的不同频率来控制交流蜂鸣器发声。
(2)闪灯主要依靠廉价的发光二极管，通过单片机输出的高低电平进行闪烁。
系统整体硬件电路如图1.5。
4．预期研究成果本毕业设计的研究成果将包括：(1)市场调研报告。
(2)产品概念设计方案，设计具体的产品三维外观。
(3)产品实物。
(4)毕业论文。
5．研究工作进度计划第七学期第4～7 周：查找相关资料第七学期第8～9 周：翻译外文文献第七学期第10周：完成文献综述第七学期第11～12周：撰写开题报告第七学期第12～13周：整理开题材料，答辩以及相关的小结工作第七学期第14～15周：分析系统，确定具体的设计思路，建立模型第七学期第16周：完成硬件电路设计第八学期第1～2 周：设计软件流程图，完成软件编写第八学期第3～4 周：完成成果制作，测试整个系统第八学期第5～6 周：整理材料，答辩以及完成总结工作。
图1.5 系统整体电路图毕业设计（论文）文献综述（包括国内外现状、研究方向、进展情况、存在问题、参考依据等）关于基于电子产品的文献综述1. 国内外研究现状电子产品分为雷达及无线导航，电子元器，通讯产品，电子设计加工，广播，电视设备，金融电子，数控设备，商业电子，仪器、仪表等。