摘要：本文針對中小學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，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。

　　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)可以通過藍牙導入至為此設(shè)計開發(fā)的安卓手機客戶端，繪制用眼曲線，以方便家長進行監(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、姿態(tài)等，然后利用單片機內(nèi)置的智能算法模擬出人眼的疲勞情況。當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)可以通過藍牙導入至為此設(shè)計開發(fā)的安卓手機客戶端，繪制用眼曲線，以方便家長進行監(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、光強傳感芯片BH1750和六軸傳感芯片MPU6050將采集到的距離、光強、加速度和角速度這些非電學信息轉(zhuǎn)化為模擬信號并進一步轉(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，單片機定時激活相應傳感器并通過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燈通過相應的驅(qū)動電路和單片機相連，當軟件模擬的人眼疲勞值達到一定程度時單片機激活振子發(fā)出震動并呼吸閃爍LED燈，提醒用戶望遠休息;電容感應式觸控傳感器同樣與單片機的I/O引腳相連接，用戶頭部相當于一個大面積的導體，當用戶佩戴本文所設(shè)計的智能眼鏡時，頭部和電容感應式觸控傳感器構(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，單片機通過測量電容量的變化來判斷用戶是否佩戴，當用戶佩戴上述智能眼鏡時，單片機從睡眠模式激活，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，單片機通過內(nèi)置智能算法智能分配傳感器喚醒的間隔時間，達到降低系統(tǒng)功耗的目的;藍牙模塊掛載在單片機的串口總線上，當用戶需要同步用眼數(shù)據(jù)時，單片機通過藍牙模塊將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸至安卓手機客戶端并通過可視化方式呈現(xiàn);單片機引腳上還設(shè)計了一個按鍵用于切換視力跟蹤功能和坐姿矯正功能。