本科毕业论文(设计)
题目： 单片机控制下的坐姿矫正器
学院： 物理与电子科学学院
班级： 2010级电子三班
姓名： 张嘉铭
指导教师： 张丽 职称： 副教授
完成日期： 2014 年 5 月 25 日
单片机控制下的坐姿矫正器
摘要：为改变传统坐姿矫正器存在的问题，本设计将智能化和人性化加入其控制系统中。本设计是由单片机作为核心控制，坐姿矫正部分主要由水银开关构成；音乐提醒部分主要由蜂鸣器构成。这种坐姿矫正器体积小巧，设计简单，使用直观方便，可以快速准确的实现坐姿矫正的功能。本次设计包括对于坐姿不良引起的视力问题以及用眼时间过长引起的视力问题两个部分来研究。首先利用传感器控制电路，延时部分利用8051单片机。此设计实现的坐姿矫正功能在很大程度上满足了人们的使用要求。
关键词：水银开关；蜂鸣器；坐姿；定时器；传感器
目 录
1 绪论 .......................................................... 1
1.1 选题背景 .................................................. 1
1.2 国内外研究现状 ............................................ 1
2 硬件介绍 ...................................................... 2
2.1 8051单片机介绍 ........................................... 2
2.2 水银开关介绍 .............................................. 3
2.3 蜂鸣器介绍 ................................................ 4
3 设计原理 ...................................................... 5
3.1 硬件设计 .................................................. 5
3.1.1 坐姿报警电路 .......................................... 5
3.1.2 定时报警电路 .......................................... 6
3.1.3 定时器报警发声电路 .................................... 7
3.2 软件设计 .................................................. 7
3.2.1 部分程序设计 .......................................... 8
3.2.2 程序流程图 ............................................ 8
4 结果分析 ..................................................... 11
5. 创新点 ....................................................... 12
6. 结论 ......................................................... 12
参考文献 ....................................................... 13
1绪论
通过调查中小学生视力研究发现，我国在初中以下的学生中，视力的下降率大约为四分之一，初中生大概有一半以上的人存在视力下降的问题，随着学历的增加，高中生和大学生的视力下降程度尤为严重，眼镜已成为学生包包里的一个必需用品。危害青少年的第二大公害已经变为近视! 并且我们一不小心近视，即使花了再多的钱，我们也无法恢复以往的视力，国家教育部相关委员会规定：当学生在读书的过程中，必须控制在固定的时间范围内。对于其危害性，很多家长不懂得近视和盲往往只有一步的差距，所以后果不堪设想，视力不良的学生大约有41%没有采取措施来挽救视力不良。
1.1 选题背景
读写姿势的时间过长和过近是导致近视的罪魁祸首，并且很多发生在学生时期，大多都在学校，并且很多学生没有自控能力，老师与家长也不可能去一直提醒自己的孩子，所以不好的写字距离一旦形成，近视变随之而来，一步步的恶性循环，导致很多学生从小就与眼镜有了不解的缘分，个子的不断增高，学生的写字姿势从小没有养成好习惯，也会影响孩子的生长发育，脊柱侧弯或改变，导致脊柱的不正常弯曲，从而会有一系列的包括含胸驼背的现象，本次设计将随时提醒读者端正自己的姿势，从而进行智能控制，腰背在不知不觉间得以挺直，从而养成良好端正的读写习惯，不断提高学生的学习水平，减少驼背的发生，并降低脊柱侧弯的危险，从而对学生的健康起到维持的作用。它还能在学生学习到一定时间后自动报警，使青少年认识到自己用眼时间已经超时，该向远处眺望眺望或者休息，闭目养神一段时间。
就实验室已有的硬件条件，这次论文主要用来研究坐姿矫正器的电路制作，当我们用正确的坐姿学习读书的时候，坐姿矫正器处在监控的状态，不会发出什么声音，当我们有不正确的姿势读写时，坐姿矫正器便会发出滴滴的声音告诉我们去端正身体。本文主要研究基于实物的，软件和硬件的设计。在此次制作中要注意如何有效控制角度来实现对姿势不正确的控制, 代替家长，老师对孩子的坐姿进行监督，使家长老师轻松，学生健康快乐。
1.2 国内外研究现状
经过现有的调查研究表明，已经可以具体分为及时矫正装置的机械平衡，故障定位姿势矫正装置，电子平衡姿势矫正与机架姿势矫正。比如：1.5的视力保护，用电子平衡产生的机械平衡，坐姿支撑，背背佳，脚手架姿势矫正装置，
iPosture ， Visomate ，美国签证的USB 保护视力，文具型姿势矫正装置，其1.5的姿势支撑，背背佳，脚手架姿势矫正，最常见的是电子平衡防瞌睡报警。有些技术人员怕瞌睡将其视为珍宝，使用微电脑姿势矫正，红外距离型姿势矫正等。但是，现在这种类型的东西都有它的单一性和局限性。
现在已经出现了众多国内外电子企业，拥有自己的制作的坐姿矫正器，在国内，这一领域的地位各有不同：在国内， “学生1.5视力保护器” 又名称坐视宝，本发明是乌鲁木齐市新疆龙科技有限公司创造的，也可以是简单的声音提示学生抬头。总体而言，对于保护眼睛的功能，目前国内生产相对简单，和大多数家长的个性化需求仍有很大差距。不能达到家长和老师应该达到的希望。
有研究表明，多功能的坐姿矫正器，目前在市场上还没有存在。现在好多产品主要集中在视力保健，这些产品的功能都比较单一，用户不能合理的保护自己的视力从他想用的各个方面。
所以，本次论文想设计一个额定距离提醒，功能强大，音量可调节，成本低，寿命长，灵敏度高，便于携带，外形美观，在任何条件下中都能进行提醒的坐姿矫正器。
2 硬件介绍
2.1 8051单片机介绍
8051单片机是一种很常用的单片机，本设计主要利用8051单片机来进行设计，它设计简单，体积小巧，接口方便，便于用户的扩展，按照它可以方便的完成用户所需要的各种功能。
图2-1是一个8051单片机。它适合于不会去修改，程序需要长期保留的。它的主要部件是以下几个方面：
(1) 中央处理器(CPU)。CPU 是8051单片机的重要组成部分，包含控制器和运算器，帮助形成控制和运算两个部分的内容。运算器能够帮助实现数据的几种方式等。控制器可以帮助平衡全部单片机，发出控制信号，并且能够产生脉冲，其主要分为一些控制寄存器，时序电路和时钟。
(2) 数据存储器。它是内部RAM ，可用来存放和读写一些数字，一共包含128个存储单元。
(3) 程序存储器。它是内部RAM ，可以帮助放置原始数据，并且能够存放程序。
(4) 定时器/计数器。为了达到这种效果，它有16个。
(5) 并行I/O口。可以帮忙完成系统的输入输出，内部有四个8位的I/O口。
(6) 串行I/O口。可以很方便简洁的完成单片机和数据的串行之间传送。
(7) 中断控制系统。可以分为五个有高低之分的控制中断源。
图2-1 8051单片机芯片图
2.2 水银开关介绍
水银开关是本论文的一个重要组成部分，它是一种倾侧开关，可以很方便的监控到青少年是否弯腰驼背，并且是整个电路能发出声音的总开关。何故叫水银开关，主要是因为它的内部有一个小容器，里面存着一滴水银，其它部分存入了惰性气体或者真空。
对于怎么样才能导通电路这个问题，当我们头部倾斜时，水银往下流，触碰到电极，然后导通整个电路。头抬高时，水银与电极分离，电路随之断开，这就是水银开关控制弯腰驼背的最经典之处。
但是，水银开关接触电极也不是任何情况下都是可以的，它还与容器的形状有着极大的关系，比方倒 V 字型的炸弹，如果收件人在不知情的情况下倾斜，电路就会随着水银开关中水银的移动关闭电路，产生爆炸，这是战争年代经常使用的一种袭击方法，但送件人深知这个道理，往往小心携带，受害人至今都不会明白自己是怎样走向死亡的。
另外要时刻引起我们关心的一个问题是，水银在任何状态下都要小心谨慎的处理，以免它不小心滴落到身上，水银对环境动物以及人的害处都是极大的。
水银开关在此次实物制作中的作用是非常大的，所以我们继续去看它是如何来进行重力感应的，图2-2中，我们用四个水银开关来摆放成一个金字塔的形状来看一看。
图2-2 水银开关金字塔
这种方式可以通过六个不同的位置来实现不同的状况，不同的开关闭合实现不同的状态。
表2-1 传感器状况
传感器状况
1
2
3 位置朝向 往上 往下 朝左 开关状况 1、2、3、4和公共端短接 1、2、3、4都不和与公共端短接 2、4和公共端短接
2.3 蜂鸣器介绍
接下来介绍本次论文中的另一个重要仪器——蜂鸣器，它能在很多种环境中作为一种发声的器件，可谓麻雀虽小，五脏俱全。蜂鸣器主要采用的供电设备是直流电源，会发出滴滴的声音。 它包罗两种范例：这两种蜂鸣器各有其特点。蜂鸣器可以用“H”或“HA”来代表。
此次坐姿矫正器运用电磁式蜂鸣器 ，这种蜂鸣器在生活中经常会见到，它的构造非常简单，但用途广泛，在此次设计中主要利用它来提醒学生保持坐姿端正，减少用眼时长。
它可以周期性的振动产生，操纵磁铁和电磁线圈的相互作用，感到震动，发出声音，蜂鸣器在电子方面的用途很是普遍。
图2-3 蜂鸣器
3 设计原理 本次设计的坐姿矫正器，主要针对学生坐姿不良，写字爱趴在课桌上的情况重点研究的，主要特点是可以耳挂，为一款耳挂式的视力保护器。在青少年低头的时候，水银开关中的水银会自己滚动闭合，从而发出滴滴的响声。
这个必须有发音装置和传感器装置，当青少年的头距离书本过近时，滴滴的声音便会从芯片中发出，每次听到这个声音时，青少年便会认识到自己的错误，抬头挺胸，代替父母起到监督的作用，并且此电路设计简单，可方便青少年随身携带。
保护青少年的眼睛不仅要注意不能含胸驼背，还有一项要注意的是读书的时间，这便是此次设计的另一个重点和创新。时间的控制通过利用单片机，编写出特定程序来完成此项任务。
我们提出了一种多功能的坐姿矫正器，它基于单片机来研究开发，通过蜂鸣器来传递声音。我们基于单片机的系统，可用于各种视力保护，体积小巧，并可做扩展。
3.1 硬件设计
硬件首要以51型的单片机为中心，功效可以包罗传感器的功能，有助于实现下列所述的几种电路。
3.1.1 坐姿报警电路
每次青少年根据教育委员会的政策来读书，并且坐姿很端正的时候，水银的滚珠只能出于底端，和上面的整体电路断开，电路处于断路状态；如果青少年写字累出现弯腰驼背的情况发生时，整个电路便会接通，即水银的滚珠便会滚向上方电路相连，学生听到滴滴声就会立马挺直身体。青少年姿势端正的时候，传感器便处于竖直状态，不会发出响声，电路断开，传感器断路。传感器是戴在耳朵
上的，与耳朵处在同一水平线上，当青少年低头的时候，传感器导通，整个电路导通。
联系图片，这个为坐姿报警电路的工作原理。我们需要让黄色部位的芯片发出声音，首先可以从Y0这边输出高电平，然后VT1得到通畅状态，输出高电平，因为VT-2截止。
集成芯片作为一种语言集成电路，滴滴声在其内部储存，一旦有高电平触发，可以驱动扬声器的声音语言，通过广播信号B ，VT3放大。
. Y
.
图3-1 坐姿报警电路原理图
3.1.2 定时报警电路
先总体介绍下这个电路所运用的知识，这个定时报警电路要利用到单片机控制，电路包括定时器报警发声电路和单片机控制电路。8051单片机有定时的时段，其定时时间选择，在两种工作方式下进行时间控制，准确地完成定时功能。编制出具有特殊功能的寄存器，每次青少年认真学习50分钟后，这个定时报警电路便会触发发出声音。还有一个主要问题就是，要认真选好自己的工作方式和模式。
首先先说最基本的，12个震荡周期，它是一个机器周期，每次通过一整个机器周期的时候，计数器的值便会往上加上1，直到最终计数器加满。周期等于12× 106分之一再乘以十二分之一，等于1μs ，对于频率的计算，对于频率的计数，FCOUNT = 1/12osc。
.
TMOD 作为一种工作模式寄存器，可以用来操纵这个所有设备的工作，模式。此次论文运用零点五秒输入的脉冲间隔，计数率为五百千赫兹，单个时钟周期为6兆赫兹。
3.1.3定时器报警发声电路
接下来，我们看看定时报警发生电路的工作原理。图3-2为其电路图，从图中，我们可以观察出它的发声过程。
. . V
图3-2 定时器报警发声原理图
3.2 软件设计
作为单片机的控制电路，他可以定时，我们把它设定为五十分钟，五十分钟过后，定时器自己主动发出音乐的声音。它的定时初值为五十乘以六十得到三千秒，即30000*100ms。
这是利用汇编语言来实现这一功能，T0和T1定时器/计数器的使用，一百毫秒的使用工况，利用T0进行定时设置；三万次的工作方式为11，采用的是T2来进行计数，也就是通过P3.4和P3.5来完成的。
定时初值T0为，2^16减去100ms/2us为15536，即C3B0H ；
计数初值T1 65536减30000等于35536，即8ad0h 。
当我们打开电源后，这两个器开始赋值并计算，通过其特有的功能实现特定额定的结果。
一个定时一个计数，时间结束后，音乐声就会响起。然后我们关闭电源，使眼睛得以休息后再打开开启到下一个循环阶段。用这种方法，达到让眼睛休息的
作用，这是另外一种类型的保护视力的方法，它可以让我们在学习了五十分钟后用音乐声来舒缓眼睛。 3.2.1 部分程序设计 #include #define uchar unsigned char uchar ptr = 0x00; uchar high; uchar low; sbit P2_3=P2^3;
uchar js=0,bj=0,l,js1=0,js2=0; sbit kg=P1^0;
溢出中断部分程序为： void Init() {
TMOD = 0x11; TH1 = 0xDC; TL1 = 0x00; ET1 = 1; TR1=1; EA = 1; ET0 = 1; }
3.2.2 程序流程图
这种功能的实现需要单片机来进行控制，其内部含有中断程序，定时程序等一系列的程序，通过它来实现各种需要实现的功能。在本次实物设计中，为了实现方便，功能得到展示，我们把原本五十分钟设置为了一分钟，一分钟过后，音乐声响起，然后关闭电源，音乐声又会中断，再次打开电源，又进入另一个计数阶段。
只要电路的连接没有问题，此次功能的实现较为简单，每次定时器定时一定时间后，计数器就会去计数，如此反复，这个时候，周期变化到下一个时间周期，那么下一次满毫秒的时间，又会去开始计数。
此程序在定时计数的基础上还需要中断服务，对于单片机的控制，则需要看它在其控制下的坐姿矫正器是如何工作的。
接下来，我们需要重点了解它的流程图，根据下面的流程图，明白它是如何来进行延长报警这个功能的。
图3-3 T0中断程序流程图
否
图3-4 T1中断程序流程图
否
图3-5 程序流程图
4 结果分析
这次论文利用的是单片机的知识，它利用了汇编语言。汇编语言它拥有着机器语言全部的长处，但相比较而言，它更高级，它具有易于修改、容易调试等特点，在各种电子产品中经常会用到。
(1) 利用水银开关，当出现弯腰或者姿势不正确的时候，便会发出滴滴的响声；
(2) 单片机采用的频率为6khz ；
(3) 通过程序，利用8051单片机的定时、计数功能，实现延迟的作用； (4) 50分钟后，坐姿矫正装置将声音提示用户要注意休息。 图4-1为此次论文设计的开发流程图：
图4-1 开发流程图
5 创新点
(1) 小巧，轻便，易于携带。
(2) 自动提醒用户，只要读写姿势不正确，它会立即发出报警声，直到青少年抬头，报警自动停止。
(3) 具有定时功能，50分钟后自动提醒学生该休息了，减少用眼睛时间。 (4) 有广阔的应用范围，这个不仅仅作为青少年的保护视力神器，也可以让车间工人或者出租车司机携带，成为他们的防瞌睡利器。 6 结论
本设计通过单片机作为主控单元，各种芯片处理电路，并利用单片机实现计时功能，基于单片机的汇编语言来进行软件设计，通过测试，基本达到了设计目
的，完成了毕业设计要求。在设计过程中得到了老师及同学的热情帮助，设计过
程体会到了理论知识与实践的不同，在实际动手过程中，看似简单的一些小问题有时都需要反复思考动手才能解决掉，我添加了大量工程实际操作知识在设计实践中，巩固原来没有的理论知识，提高实践能力，受益匪浅。
当然，本次设计还不够精准，只是简单地控制青少年的低头来发声，没有设计出具体的低头范围和角度，这是需要在研究和改进的地方。
在今后的生活工作中，我将更加注重生活中出现的各种问题，用所学的知识服务生活，努力将所学应用到实际工作和生活。 参考文献
[1] 胡汉才. 单片机原理及其接口技术[M].北京：清华大学出版社，2005：23-36. [2] 李晓莹. 传感器与测试技术[M].北京：高等教育出版社，2004：103-116.
[3] 楼然苗.51系列单片机设计实例[M].第2版. 北京：北京航空航天大学出版社，2006：
33-45.
[4] 阎石. 数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2001：137-230. [5] 谭浩强.C 程序设计[M].第3版. 北京：清华大学出版社，2005:27-34. [6]http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/139744/ETC1/STC89C52RC.html [7] 郁有文等. 传感器原理及工程应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2008:52-57.
[8] R.F.graf Ecgclopedia of Electronic.Science press.1986.76-107. [9] Stephen Prata.C Primer Plus[M].北京：人民邮电出版社，2011：22-28.
[10] Guiyun Tian. Foumdation and Application of Microcontroller [M].高等教育出版
社, 2012:233-256.
Posture correction device under MCU control
Abstract : To change the posture corrector problems of the traditional, the design will
be added to its intelligent and humane control systems. Design is controlled by a microcontroller as the core, posture correction section is mainly composed of mercury switches; remind some music is mainly composed of the buzzer. This posture correction device is compact, simple design, simple to intuitive and make, you can quickly and accurately achieve posture correction function. The design includes the vision problems caused by poor posture and vision problems caused by eye for too long to study in two parts. The main advantage of the sensor control circuit, a timing section 8051 timing counting function. This design implementation posture correction function largely to meet the people's requirements.
Key words : Mercury switches; buzzer; sitting; timer; sensor
15
本科毕业论文(设计)
题目： 单片机控制下的坐姿矫正器
学院： 物理与电子科学学院
班级： 2010级电子三班
姓名： 张嘉铭
指导教师： 张丽 职称： 副教授
完成日期： 2014 年 5 月 25 日
单片机控制下的坐姿矫正器
摘要：为改变传统坐姿矫正器存在的问题，本设计将智能化和人性化加入其控制系统中。本设计是由单片机作为核心控制，坐姿矫正部分主要由水银开关构成；音乐提醒部分主要由蜂鸣器构成。这种坐姿矫正器体积小巧，设计简单，使用直观方便，可以快速准确的实现坐姿矫正的功能。本次设计包括对于坐姿不良引起的视力问题以及用眼时间过长引起的视力问题两个部分来研究。首先利用传感器控制电路，延时部分利用8051单片机。此设计实现的坐姿矫正功能在很大程度上满足了人们的使用要求。
关键词：水银开关；蜂鸣器；坐姿；定时器；传感器
目 录
1 绪论 .......................................................... 1
1.1 选题背景 .................................................. 1
1.2 国内外研究现状 ............................................ 1
2 硬件介绍 ...................................................... 2
2.1 8051单片机介绍 ........................................... 2
2.2 水银开关介绍 .............................................. 3
2.3 蜂鸣器介绍 ................................................ 4
3 设计原理 ...................................................... 5
3.1 硬件设计 .................................................. 5
3.1.1 坐姿报警电路 .......................................... 5
3.1.2 定时报警电路 .......................................... 6
3.1.3 定时器报警发声电路 .................................... 7
3.2 软件设计 .................................................. 7
3.2.1 部分程序设计 .......................................... 8
3.2.2 程序流程图 ............................................ 8
4 结果分析 ..................................................... 11
5. 创新点 ....................................................... 12
6. 结论 ......................................................... 12
参考文献 ....................................................... 13
1绪论
通过调查中小学生视力研究发现，我国在初中以下的学生中，视力的下降率大约为四分之一，初中生大概有一半以上的人存在视力下降的问题，随着学历的增加，高中生和大学生的视力下降程度尤为严重，眼镜已成为学生包包里的一个必需用品。危害青少年的第二大公害已经变为近视! 并且我们一不小心近视，即使花了再多的钱，我们也无法恢复以往的视力，国家教育部相关委员会规定：当学生在读书的过程中，必须控制在固定的时间范围内。对于其危害性，很多家长不懂得近视和盲往往只有一步的差距，所以后果不堪设想，视力不良的学生大约有41%没有采取措施来挽救视力不良。
1.1 选题背景
读写姿势的时间过长和过近是导致近视的罪魁祸首，并且很多发生在学生时期，大多都在学校，并且很多学生没有自控能力，老师与家长也不可能去一直提醒自己的孩子，所以不好的写字距离一旦形成，近视变随之而来，一步步的恶性循环，导致很多学生从小就与眼镜有了不解的缘分，个子的不断增高，学生的写字姿势从小没有养成好习惯，也会影响孩子的生长发育，脊柱侧弯或改变，导致脊柱的不正常弯曲，从而会有一系列的包括含胸驼背的现象，本次设计将随时提醒读者端正自己的姿势，从而进行智能控制，腰背在不知不觉间得以挺直，从而养成良好端正的读写习惯，不断提高学生的学习水平，减少驼背的发生，并降低脊柱侧弯的危险，从而对学生的健康起到维持的作用。它还能在学生学习到一定时间后自动报警，使青少年认识到自己用眼时间已经超时，该向远处眺望眺望或者休息，闭目养神一段时间。
就实验室已有的硬件条件，这次论文主要用来研究坐姿矫正器的电路制作，当我们用正确的坐姿学习读书的时候，坐姿矫正器处在监控的状态，不会发出什么声音，当我们有不正确的姿势读写时，坐姿矫正器便会发出滴滴的声音告诉我们去端正身体。本文主要研究基于实物的，软件和硬件的设计。在此次制作中要注意如何有效控制角度来实现对姿势不正确的控制, 代替家长，老师对孩子的坐姿进行监督，使家长老师轻松，学生健康快乐。
1.2 国内外研究现状
经过现有的调查研究表明，已经可以具体分为及时矫正装置的机械平衡，故障定位姿势矫正装置，电子平衡姿势矫正与机架姿势矫正。比如：1.5的视力保护，用电子平衡产生的机械平衡，坐姿支撑，背背佳，脚手架姿势矫正装置，
iPosture ， Visomate ，美国签证的USB 保护视力，文具型姿势矫正装置，其1.5的姿势支撑，背背佳，脚手架姿势矫正，最常见的是电子平衡防瞌睡报警。有些技术人员怕瞌睡将其视为珍宝，使用微电脑姿势矫正，红外距离型姿势矫正等。但是，现在这种类型的东西都有它的单一性和局限性。
现在已经出现了众多国内外电子企业，拥有自己的制作的坐姿矫正器，在国内，这一领域的地位各有不同：在国内， “学生1.5视力保护器” 又名称坐视宝，本发明是乌鲁木齐市新疆龙科技有限公司创造的，也可以是简单的声音提示学生抬头。总体而言，对于保护眼睛的功能，目前国内生产相对简单，和大多数家长的个性化需求仍有很大差距。不能达到家长和老师应该达到的希望。
有研究表明，多功能的坐姿矫正器，目前在市场上还没有存在。现在好多产品主要集中在视力保健，这些产品的功能都比较单一，用户不能合理的保护自己的视力从他想用的各个方面。
所以，本次论文想设计一个额定距离提醒，功能强大，音量可调节，成本低，寿命长，灵敏度高，便于携带，外形美观，在任何条件下中都能进行提醒的坐姿矫正器。
2 硬件介绍
2.1 8051单片机介绍
8051单片机是一种很常用的单片机，本设计主要利用8051单片机来进行设计，它设计简单，体积小巧，接口方便，便于用户的扩展，按照它可以方便的完成用户所需要的各种功能。
图2-1是一个8051单片机。它适合于不会去修改，程序需要长期保留的。它的主要部件是以下几个方面：
(1) 中央处理器(CPU)。CPU 是8051单片机的重要组成部分，包含控制器和运算器，帮助形成控制和运算两个部分的内容。运算器能够帮助实现数据的几种方式等。控制器可以帮助平衡全部单片机，发出控制信号，并且能够产生脉冲，其主要分为一些控制寄存器，时序电路和时钟。
(2) 数据存储器。它是内部RAM ，可用来存放和读写一些数字，一共包含128个存储单元。
(3) 程序存储器。它是内部RAM ，可以帮助放置原始数据，并且能够存放程序。
(4) 定时器/计数器。为了达到这种效果，它有16个。
(5) 并行I/O口。可以帮忙完成系统的输入输出，内部有四个8位的I/O口。
(6) 串行I/O口。可以很方便简洁的完成单片机和数据的串行之间传送。
(7) 中断控制系统。可以分为五个有高低之分的控制中断源。
图2-1 8051单片机芯片图
2.2 水银开关介绍
水银开关是本论文的一个重要组成部分，它是一种倾侧开关，可以很方便的监控到青少年是否弯腰驼背，并且是整个电路能发出声音的总开关。何故叫水银开关，主要是因为它的内部有一个小容器，里面存着一滴水银，其它部分存入了惰性气体或者真空。
对于怎么样才能导通电路这个问题，当我们头部倾斜时，水银往下流，触碰到电极，然后导通整个电路。头抬高时，水银与电极分离，电路随之断开，这就是水银开关控制弯腰驼背的最经典之处。
但是，水银开关接触电极也不是任何情况下都是可以的，它还与容器的形状有着极大的关系，比方倒 V 字型的炸弹，如果收件人在不知情的情况下倾斜，电路就会随着水银开关中水银的移动关闭电路，产生爆炸，这是战争年代经常使用的一种袭击方法，但送件人深知这个道理，往往小心携带，受害人至今都不会明白自己是怎样走向死亡的。
另外要时刻引起我们关心的一个问题是，水银在任何状态下都要小心谨慎的处理，以免它不小心滴落到身上，水银对环境动物以及人的害处都是极大的。
水银开关在此次实物制作中的作用是非常大的，所以我们继续去看它是如何来进行重力感应的，图2-2中，我们用四个水银开关来摆放成一个金字塔的形状来看一看。
图2-2 水银开关金字塔
这种方式可以通过六个不同的位置来实现不同的状况，不同的开关闭合实现不同的状态。
表2-1 传感器状况
传感器状况
1
2
3 位置朝向 往上 往下 朝左 开关状况 1、2、3、4和公共端短接 1、2、3、4都不和与公共端短接 2、4和公共端短接
2.3 蜂鸣器介绍
接下来介绍本次论文中的另一个重要仪器——蜂鸣器，它能在很多种环境中作为一种发声的器件，可谓麻雀虽小，五脏俱全。蜂鸣器主要采用的供电设备是直流电源，会发出滴滴的声音。 它包罗两种范例：这两种蜂鸣器各有其特点。蜂鸣器可以用“H”或“HA”来代表。
此次坐姿矫正器运用电磁式蜂鸣器 ，这种蜂鸣器在生活中经常会见到，它的构造非常简单，但用途广泛，在此次设计中主要利用它来提醒学生保持坐姿端正，减少用眼时长。
它可以周期性的振动产生，操纵磁铁和电磁线圈的相互作用，感到震动，发出声音，蜂鸣器在电子方面的用途很是普遍。
图2-3 蜂鸣器
3 设计原理 本次设计的坐姿矫正器，主要针对学生坐姿不良，写字爱趴在课桌上的情况重点研究的，主要特点是可以耳挂，为一款耳挂式的视力保护器。在青少年低头的时候，水银开关中的水银会自己滚动闭合，从而发出滴滴的响声。
这个必须有发音装置和传感器装置，当青少年的头距离书本过近时，滴滴的声音便会从芯片中发出，每次听到这个声音时，青少年便会认识到自己的错误，抬头挺胸，代替父母起到监督的作用，并且此电路设计简单，可方便青少年随身携带。
保护青少年的眼睛不仅要注意不能含胸驼背，还有一项要注意的是读书的时间，这便是此次设计的另一个重点和创新。时间的控制通过利用单片机，编写出特定程序来完成此项任务。
我们提出了一种多功能的坐姿矫正器，它基于单片机来研究开发，通过蜂鸣器来传递声音。我们基于单片机的系统，可用于各种视力保护，体积小巧，并可做扩展。
3.1 硬件设计
硬件首要以51型的单片机为中心，功效可以包罗传感器的功能，有助于实现下列所述的几种电路。
3.1.1 坐姿报警电路
每次青少年根据教育委员会的政策来读书，并且坐姿很端正的时候，水银的滚珠只能出于底端，和上面的整体电路断开，电路处于断路状态；如果青少年写字累出现弯腰驼背的情况发生时，整个电路便会接通，即水银的滚珠便会滚向上方电路相连，学生听到滴滴声就会立马挺直身体。青少年姿势端正的时候，传感器便处于竖直状态，不会发出响声，电路断开，传感器断路。传感器是戴在耳朵
上的，与耳朵处在同一水平线上，当青少年低头的时候，传感器导通，整个电路导通。
联系图片，这个为坐姿报警电路的工作原理。我们需要让黄色部位的芯片发出声音，首先可以从Y0这边输出高电平，然后VT1得到通畅状态，输出高电平，因为VT-2截止。
集成芯片作为一种语言集成电路，滴滴声在其内部储存，一旦有高电平触发，可以驱动扬声器的声音语言，通过广播信号B ，VT3放大。
. Y
.
图3-1 坐姿报警电路原理图
3.1.2 定时报警电路
先总体介绍下这个电路所运用的知识，这个定时报警电路要利用到单片机控制，电路包括定时器报警发声电路和单片机控制电路。8051单片机有定时的时段，其定时时间选择，在两种工作方式下进行时间控制，准确地完成定时功能。编制出具有特殊功能的寄存器，每次青少年认真学习50分钟后，这个定时报警电路便会触发发出声音。还有一个主要问题就是，要认真选好自己的工作方式和模式。
首先先说最基本的，12个震荡周期，它是一个机器周期，每次通过一整个机器周期的时候，计数器的值便会往上加上1，直到最终计数器加满。周期等于12× 106分之一再乘以十二分之一，等于1μs ，对于频率的计算，对于频率的计数，FCOUNT = 1/12osc。
.
TMOD 作为一种工作模式寄存器，可以用来操纵这个所有设备的工作，模式。此次论文运用零点五秒输入的脉冲间隔，计数率为五百千赫兹，单个时钟周期为6兆赫兹。
3.1.3定时器报警发声电路
接下来，我们看看定时报警发生电路的工作原理。图3-2为其电路图，从图中，我们可以观察出它的发声过程。
. . V
图3-2 定时器报警发声原理图
3.2 软件设计
作为单片机的控制电路，他可以定时，我们把它设定为五十分钟，五十分钟过后，定时器自己主动发出音乐的声音。它的定时初值为五十乘以六十得到三千秒，即30000*100ms。
这是利用汇编语言来实现这一功能，T0和T1定时器/计数器的使用，一百毫秒的使用工况，利用T0进行定时设置；三万次的工作方式为11，采用的是T2来进行计数，也就是通过P3.4和P3.5来完成的。
定时初值T0为，2^16减去100ms/2us为15536，即C3B0H ；
计数初值T1 65536减30000等于35536，即8ad0h 。
当我们打开电源后，这两个器开始赋值并计算，通过其特有的功能实现特定额定的结果。
一个定时一个计数，时间结束后，音乐声就会响起。然后我们关闭电源，使眼睛得以休息后再打开开启到下一个循环阶段。用这种方法，达到让眼睛休息的
作用，这是另外一种类型的保护视力的方法，它可以让我们在学习了五十分钟后用音乐声来舒缓眼睛。 3.2.1 部分程序设计 #include #define uchar unsigned char uchar ptr = 0x00; uchar high; uchar low; sbit P2_3=P2^3;
uchar js=0,bj=0,l,js1=0,js2=0; sbit kg=P1^0;
溢出中断部分程序为： void Init() {
TMOD = 0x11; TH1 = 0xDC; TL1 = 0x00; ET1 = 1; TR1=1; EA = 1; ET0 = 1; }
3.2.2 程序流程图
这种功能的实现需要单片机来进行控制，其内部含有中断程序，定时程序等一系列的程序，通过它来实现各种需要实现的功能。在本次实物设计中，为了实现方便，功能得到展示，我们把原本五十分钟设置为了一分钟，一分钟过后，音乐声响起，然后关闭电源，音乐声又会中断，再次打开电源，又进入另一个计数阶段。
只要电路的连接没有问题，此次功能的实现较为简单，每次定时器定时一定时间后，计数器就会去计数，如此反复，这个时候，周期变化到下一个时间周期，那么下一次满毫秒的时间，又会去开始计数。
此程序在定时计数的基础上还需要中断服务，对于单片机的控制，则需要看它在其控制下的坐姿矫正器是如何工作的。
接下来，我们需要重点了解它的流程图，根据下面的流程图，明白它是如何来进行延长报警这个功能的。
图3-3 T0中断程序流程图
否
图3-4 T1中断程序流程图
否
图3-5 程序流程图
4 结果分析
这次论文利用的是单片机的知识，它利用了汇编语言。汇编语言它拥有着机器语言全部的长处，但相比较而言，它更高级，它具有易于修改、容易调试等特点，在各种电子产品中经常会用到。
(1) 利用水银开关，当出现弯腰或者姿势不正确的时候，便会发出滴滴的响声；
(2) 单片机采用的频率为6khz ；
(3) 通过程序，利用8051单片机的定时、计数功能，实现延迟的作用； (4) 50分钟后，坐姿矫正装置将声音提示用户要注意休息。 图4-1为此次论文设计的开发流程图：
图4-1 开发流程图
5 创新点
(1) 小巧，轻便，易于携带。
(2) 自动提醒用户，只要读写姿势不正确，它会立即发出报警声，直到青少年抬头，报警自动停止。
(3) 具有定时功能，50分钟后自动提醒学生该休息了，减少用眼睛时间。 (4) 有广阔的应用范围，这个不仅仅作为青少年的保护视力神器，也可以让车间工人或者出租车司机携带，成为他们的防瞌睡利器。 6 结论
本设计通过单片机作为主控单元，各种芯片处理电路，并利用单片机实现计时功能，基于单片机的汇编语言来进行软件设计，通过测试，基本达到了设计目
的，完成了毕业设计要求。在设计过程中得到了老师及同学的热情帮助，设计过
程体会到了理论知识与实践的不同，在实际动手过程中，看似简单的一些小问题有时都需要反复思考动手才能解决掉，我添加了大量工程实际操作知识在设计实践中，巩固原来没有的理论知识，提高实践能力，受益匪浅。
当然，本次设计还不够精准，只是简单地控制青少年的低头来发声，没有设计出具体的低头范围和角度，这是需要在研究和改进的地方。
在今后的生活工作中，我将更加注重生活中出现的各种问题，用所学的知识服务生活，努力将所学应用到实际工作和生活。 参考文献
[1] 胡汉才. 单片机原理及其接口技术[M].北京：清华大学出版社，2005：23-36. [2] 李晓莹. 传感器与测试技术[M].北京：高等教育出版社，2004：103-116.
[3] 楼然苗.51系列单片机设计实例[M].第2版. 北京：北京航空航天大学出版社，2006：
33-45.
[4] 阎石. 数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2001：137-230. [5] 谭浩强.C 程序设计[M].第3版. 北京：清华大学出版社，2005:27-34. [6]http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/139744/ETC1/STC89C52RC.html [7] 郁有文等. 传感器原理及工程应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2008:52-57.
[8] R.F.graf Ecgclopedia of Electronic.Science press.1986.76-107. [9] Stephen Prata.C Primer Plus[M].北京：人民邮电出版社，2011：22-28.
[10] Guiyun Tian. Foumdation and Application of Microcontroller [M].高等教育出版
社, 2012:233-256.
Posture correction device under MCU control
Abstract : To change the posture corrector problems of the traditional, the design will
be added to its intelligent and humane control systems. Design is controlled by a microcontroller as the core, posture correction section is mainly composed of mercury switches; remind some music is mainly composed of the buzzer. This posture correction device is compact, simple design, simple to intuitive and make, you can quickly and accurately achieve posture correction function. The design includes the vision problems caused by poor posture and vision problems caused by eye for too long to study in two parts. The main advantage of the sensor control circuit, a timing section 8051 timing counting function. This design implementation posture correction function largely to meet the people's requirements.
Key words : Mercury switches; buzzer; sitting; timer; sensor
15