CN103445758A - 一种基于无线通信的视力测试系统 - Google Patents

Abstract

一种基于无线通信的视力测试系统，单片机控制超声波测距模块的发射器发出超声波，并由超声波测距模块本身自带的接收器接收持续一段时间的回波信号，并将这段时间的信号传至单片机进行计算和存储处理；最后由单片机控制第一无线收发模块，将自身数据取出后传输给第一无线收发模块，并控制第一无线收发模块处于发射模式，将数据发射出去；USB转串口模块给第二无线收发模块供电，由PC控制第二无线收发模块处于接收模式，接收第一无线收发模块发射过来的数据，并通过USB转串口模块将数据上传至PC，并由上位机调试工具识别显示数据，最后再通过视力软件根据距离计算出视力。本发明距离精度较高、省力省力、精确度较高。

Description

一种基于无线通信的视力测试系统

技术领域

本发明涉及视力测试领域，尤其涉及的是一种视力测试系统。

背景技术

无线通信是物联网的重要组成部分，自十九世纪末诞生以来，随着无线通信的不断完善，低成本低功耗高性能的无线通信设备也在不断地更新，使得点与点之间的无线通信更快和更高效，并逐渐地取代了有线通信，应用于各个领域的产品开发和系统搭建中，全面地改变了世界，成为21世纪最重要也是应用最广泛的通信方式。

现在眼镜店检测视力的方式一般是：测试人员手持视力棒点在视力表上的某个E，被测试者站在与视力表一固定的位置，面对着视力表指认视力表上E的方向,如果室内空间有限，可在被测试者前方一定位置放置一面镜子，被测试者背对着视力表，看着前方镜子中的视力表是我指认E的方向，通过被测试者与视力表的距离及被测试者能看到视力表上最小的E所对应的小数算出被检测者的视力数。通过这个方法测试视力，存在以下几个问题：1)被测试者与视力表之间的距离固定，使得视力的测试受到局限；2)被测试者与视力表之间的距离并不是被测试者的眼睛与视力表间的真正距离，所以测试的距离精度不够；3)视力的测试由测试人员站在视力表旁用视力棒点击视力表辅助测试，耗费人力，影响测试人员的判断；4)视力表的图案单一，不具多样性，字母大小固定，不具多变性；5)视力测试过程的时间长，被测试者的眼睛容易感觉疲劳，影响视力测试的准确度。

发明内容

为了克服现有视力检测方式的距离精度较低、费时费力、准确度较低的不足，本发明提供了一种距离精度较高、省力省力、精确度较高的基于无线通信的视力测试系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于无线通信的视力测试系统，包括在镜架上安装的超声波测距模块、单片机、第一无线收发模块和电源模块，所述超声波测距模块、第一无线收发模块和电源模块分别与所述单片机相连；所述视力检测装置还包括在PC端的第二无线收发模块和USB转串口模块，所述第二无线收发模块与所述USB转串口模块相连，所述USB转串口模块与PC相连；所述第一无线收发模块与所述第二无线收发模块通信连接；

所述单片机接收到PC的指令开始工作，控制超声波测距模块的发射器发出超声波，并由超声波测距模块本身自带的接收器接收持续一段时间的回波信号，并将这段时间的信号传至单片机进行计算和存储处理；最后由单片机控制第一无线收发模块，将自身数据取出后传输给第一无线收发模块，并控制第一无线收发模块处于发射模式，将数据发射出去；

所述USB转串口模块给第二无线收发模块供电，由PC控制第二无线收发模块处于接收模式，接收第一无线收发模块发射过来的数据，并通过USB转串口模块将数据上传至PC，并由上位机调试工具识别显示数据，最后再通过视力软件根据距离计算出视力。

进一步，所述单片机采用STC89C52单片机。

更进一步，所述超声波测距模块采用US-020超声波测距模块，所述US-020超声波测距模块提供四个引脚：VCC、GND、Trig、Echo，它是非接触超声波测距模块。

从测距模块接收到的TTL信号进行计数和计算处理后，得到的距离数据存储于寄存器中，最后再将数据从寄存器中取出后通过串行端口传输给第一无线收发模块。

所述第一无线收发模块和第二无线收发模块是RF1100-232无线收发模块。第二无线收发模块RF1100-232接收到数据后，通过USB转串口模块，将数据传输给PC。

所述USB转串口模块采用PL2303USB转串口模块。

所述单片机中，距离的计算过程如下：

超声波传输速率C：

C＝C0+0607×T

式中，C0为零度时的声波速度332m/s，T为室内实际温度，单位为摄氏度。

被测试者的眼睛与视力表间的距离S：

$S=\frac{C\×t}{2}$

其中，t为高电平数字信号的持续时间。

在单片机将数字信号通过串行端口传输给第一无线收发模块前，需设置数据发送的起始指令，对第一无线收发模块RF1100-232的波特率、信道、功率、ID号进行定量设置，采用与RF1100-232同样的数据帧格式将数据传输给RF1100-232，一次发送的数据不超过30个字节，在发送下一个帧数据前，需做延时处理。

第一无线收发模块与第二无线收发模块之间采用点对点通信。

第二无线收发模块的TXD与RXD端口支持UART接口协议，与USB转串口模块的RXD，TXD直接连接，可将TTL信号传至PL2303，转为RS232串口信号，由上位机串口调试工具识别并接收数据后，将数据显示出来。

本发明的技术构思是：本发明采用了在无线通信领域广泛应用的模块，由超声波测距模块US-020发射超声波，接收到的持续时间的TTL高电平传送至PIC计数器计数并计算出距离，再将距离数据打包，通过两个无线收发模块RF1100-232的无线通信，将数据再通过虚拟串口转为串口调试工具能识别的RS232信号，并将数据显示出来，该数据即为被测试者的眼睛与视力表的距离，最后由编写的视力软件算出视力；且PC端可控制视力表，对视力表上的图片进行更换以及对图片上的字母和图案进行大小缩放。

本发明的有益效果是：被测试者与视力表的距离更加精确，且可实现距离在2cm到7m间无极调节的情况下测试出被测试者的视力；测试人员不必站在视力表旁，只需在PC前操作键盘和鼠标来控制视力表，观察PC显示的距离数据，并指示被测试者移动，调节与视力表的距离，而且整个视力测试过程时间短，视力测试的精确度高。

附图说明

图1是基于无线通信的测试视力系统搭建图。

图2是数据传输流程图。

图3是超声波测距模块US-020测距原理图。

图4是超声波测距模块US-020时序图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图4，一种基于无线通信的测试视力系统，所述的测试视力系统包括视力表1，眼镜2，安装在眼镜上的超声波测距模块US-0203，安装在眼镜上的微控制器PIC4，安装在眼镜上的第一无线收发模块5，在PC端口的第二无线收发模块6，和PC相连接的USB转串口模块7，PC8。

测距部分：测距部分由眼镜上的单片机(PIC)和测距模块实现，PIC接收到PC的指令开始工作，触发眼镜上的测距模块开始测距，将测得的被测试者与视力表间的距离传给PIC进行处理。

单片机的选型：本系统采用STC89C52单片机，它是一种低功耗、高性能的CMOS8位微控制器，提供了32个I/O端口，两个全双工串行端口TXD和RXD，通过串口可直接下载用户程序，3个16位定时器/计时器，4个外部中断，STC89C52降至0HZ静态逻辑操作时，可选择空闲模式和掉电保护模式两种节电模式，在空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作减少功耗；在掉电保护模式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

测距模块的选型：测距模块分为超声波测距模块、激光测距模块和红外线测距模块三类，由于整个视力测试过程在室内，空间较小，测量的数据应尽可能准确无误地传送至PC，超声波指向性强，在介质中传播能量消耗缓慢，适合较短距离测量，一般可测30米内的距离，而红外线测距模块通过红外线传输信号，传输速率较快，短距离内传输信号时间很短，误差较大，和激光测距模块一样适用于较远距离测距，且成本较高，而且对于超声波测距模块来说，它结构简单，体积小，成本低，兼具小型化与集成化，并且可以进行实时控制。综合考虑，本系统选择超声波测距模块。

本系统采用US-020超声波测距模块，提供四个引脚：VCC、GND、Trig、Echo，它是非接触超声波测距模块，测距范围在2cm～7m，测距精度可达3mm，供电电压为5V，静态电流低于3mA，损耗功率低，且支持GPIO通信模式，可以和PIC的I/O端口直接连接实现数据传输，USB-020超声波测距模块工作状态稳定，利于测量的数据不会丢失。

单片机与第一无线收发模块间的通信：PIC对从测距模块接收到的TTL信号进行计数和计算处理后，得到的距离数据存储于寄存器中，最后PIC再将数据从寄存器中取出后通过串行端口传输给无线收发模块。

无线收发模块的选型：由于测试的距离数据需高效地传至PC，以便测试视力的人员能在第一时间看到数据，无线数据传输的通道上做数据发射与接收的模块在相关协议下应对数据的接收和发送应反灵敏，减少时间延误且要求模块损耗较低，保证质量及稳定持久性。

本系统选择的是RF1100-232无线收发模块，内部集成CC1101低功耗无线通信芯片，提供四个引脚：VCC、GND、TXD、RXD，供电电压为2.7V～5.5V，功率可调，提供三种接口：TTL/485/USB接口，可以直接连接单片机、转串口232/485设备及PC串口实现串口通信，通信波特率有4800、9600和19200三种可调，提供了256种信道，工作于433MHZ频段，并基于FSK调制，采用高效前向纠错和信道交织编码技术，提高了数据抗随机干扰和突发干扰的能力，且支持任何标准的用户协议。

RF1100-232两个无线收发模块间的点对点通信：通过设置PC端的无线收发模块处于接收模式，PIC端的无线收发模块处于发射模式，实现数据从PIC到PC端口的数据传输。

第二无线收发模块与PC的通信：PC端的无线收发模块RF1100-232接收到数据后，通过USB转串口模块，将数据传至PC，并在上位机串口调试工具中显示，最后通过视力软件将被测试者的视力计算出来。

USB转串口模块的选型：本系统采用PL2303USB转串口模块，内置的PL2303芯片是Prolific公司生产的一种高集成模拟RS232串口的转换器，PL2303USB转串口模块提供四个引脚VCC、GND、TXD、RXD，输出电压有3.3V和5V两种模式，支持UART接口，可与无线收发模块RF1100-232直接连接，对其供电和进行TTL电平转换。

进一步，所述的一种基于无线通信的视力测试系统，其特征在于：测距部分。US-020测距模块测距的原理图和时序分别如图2和图3所示，测距时，由PIC的I/O端口给US-020测距模块的Trig管脚输入一个10μs以上的数字信号高电平，触发US-020的发射端开始发射模拟信号的超声波，连续发出8个40KHZ的超声波脉冲，US-020的接收端自动检测回波模拟信号。当检测到回波模拟信号后，通过内部的D/A转换电路将模拟信号转换为持续时间t的高电平数字信号，再由Echo管脚将持续时间t的高电平数字信号输出到PIC的I/O端口，通过计数器0计数，计数完成后，存于寄存器A中，再由PIC控制温度传感器模块测出室内的温度T，并将温度数据传输给PIC，存储于寄存器B中，最后将寄存器A和寄存器B的数据取出后计算出距离S，并将数据存储于寄存器C中。距离的计算过程如下：

超声波传输速率C：

C＝C0+0.607×T

式中，C0为零度时的声波速度332m/s，T为室内实际温度，单位为摄氏度。

被测试者的眼睛与视力表间的距离S：

$S=\frac{C\×t}{2}$

再进一步，所述的一种基于无线通信的视力测试系统，其特征在于：PIC与无线收发模块的通信。在PIC将数字信号通过串行端口传输给RF1100-232无线收发模块前，需设置数据发送的起始指令，对RF1100-232的波特率、信道、功率、ID号进行定量设置，采用与RF1100-232同样的数据帧格式将数据传输给RF1100-232，一次发送的数据不超过30个字节，在发送下一个帧数据前，需做延时处理。

再进一步，所述的一种基于无线通信的视力测试系统，其特征在于：两个RF1100-232无线收发模块的点对点通信。RF1100-232是半双工通信模块，两个RF1100-232在进行无线通信传输数据时，与PIC相连的RF1100-232需由PIC设置其工作模式为发射模式，与PC相连的RF1100-232需由PC设置其工作模式为接收模式，并设置两个RF1100-232的ID号、数据帧格式、功率、信道、信道速率及波特率一致，在PC端口的RF1100-232发送数据时，接收端的RF1100-232能自动识别并接收数据，然后再设置PC端的RF1100-232处于发射模式，发射回复指令，PIC的端RF1100-232处于接收模式，如果PIC端的RF1100-232能接收到回复指令，表示两块RF1100-232间的数据传输成功，如果没有收到回复指令，再由PIC端的RF1100-232重新发送数据，由于RF1100-232需进行收发模式的转移及时钟同步，所以在PC端的RF1100-232接收数据及PIC端的RF1100-232发送数据不能同时进行，需做延时处理。

更进一步，所述的一种基于无线通信的视力测试系统，其特征在于：RF1100-232无线收发模块与PC的通信。RF1100-232的TXD与RXD端口支持UART接口协议，与PL2303USB转串口模块的RXD，TXD直接连接，可将TTL信号传至PL2303，转为RS232串口信号，由上位机串口调试工具识别并接收数据后，将数据显示出来，并调用通过C++编写的视力软件，将被测试者的视力计算出来。

本发明实施中，在PIC端，无线收发模块RF1100-232、超声波测距模块US-020、电源模块分别和PIC相连，而在PC端，无线收发模块RF1100-232与USB转串口模块PL2303相连，USB转串口模块PL2303与无线收发模块RF1100-232及PC相连。

首先，测试人员用PC打开视力表屏幕和上位机串口调试工具，通过PC设置与USB转串口模块PL2303相连的无线收发模块RF1100-232的数据传输信道、信道速率、波特率、功率及ID号，并通过软件实现，用PIC对与它自身相连的无线收发模块RF1100-232设置同样的参数，准备工作做好后，测试人员指示被测试者站在距离视力表屏幕1m～7m任意位置处，戴上装有（3）、（4）、（5）模块的镜架站在视力表屏幕前，按照测试人员的指示，由被测试者按下镜架上的按钮，触发镜架上的电源模块，使得安装在镜架上的超声波测距模块US-020、无线收发模块RF1100-232、PIC开始通电，这时，由PC前的测试人员通过键盘在串口调试工具输写并发送开始指令，通过两个无线收发模块RF1100-232将开始指令传递给镜框上的微控制器PIC，PIC在接收到开始指令后立即发送回复指令通过两个无线收发模块RF1100-232返回给PC，表示已接收PC指令，如果PC端的串口调试工具收到PIC端发送的回复指令，表示PC与PIC之间的指令传送成功。

PC端接收到PIC端发送的回复指令后，PC再通过串口调试工具发送一次开始指令给PIC，PIC再次接收到开始指令后，不用发送回复指令，这时PIC开始真正开始工作，随后通过程序实现由PIC给与超声波测距模块US-020的Trig端口相连的I/O端口编写持续10μS高电平的程序，传输给超声波测距模块US-020的Trig端口，触发超声波测距模块的发射端开始连续发出8个40MHZ的模拟信号超声波，并由超声波测距模块自身的接收端接收持续时间的回波模拟信号，测距原理如图3，超声波测距模块US-020时序如图4，通过自身所带的放大整流电路处理后，将持续时间的模拟信号转换为持续时间的高电平数字信号，实现D/A转换，在超声波测距模块US-020的接收端将持续的高电平数字信号全部接收后，通过Echo端口给PIC的I/O端口回复测距完成指令，PIC的I/O端口接收到回复指令后，开启计数器0，等待计数，同时给Echo管脚发送数据传输指令，超声波测距模块US-020的Echo接收到数据传输指令后，再将持续时间的高电平数字信号通过自身的Echo端传送至微控制器PIC的I/O端口，PIC的I/O端口接收持续时间的高电平数字信号，并将数字信号移至计数器0进行计数，计数完成后，将计数器0的计数个数取出算出超声波测距的往返时间t，并将时间数据存储于寄存器A中，然后由PIC控制与自身相连的温感度传器模块，编写指令控制温度传感模块开始检测周围温度，并将温度值T传输给PIC，PIC接收温度数据，并将数据储存于寄存器B中，最后再由PIC调出寄存器A和寄存器B中的数据，计算出被测试者与视力表间的距离S，最后将距离数据存于存储器C中，完成被测试者与视力表间距离的测量及数据的计算和存储。这个过程中所涉及的计算：

超声波传输速率：

C＝C0+0.607×T

式中，C0为零度时的声波速度332m/s，T为室内实际温度，单位为摄氏度。

被测试者的眼睛与视力表间的距离:

$S=\frac{C\×t}{2}$

接着，微控制器PIC调出存储器C的数据，将数据打包，并设置和自身相连的无线收发模块RF1100-232同样的数据帧格式，通过自身所带的串行端口将数据传至镜架上的无线收发模块RF1100-232，完成数据由PIC到无线收发模块RF1100-232的转移。

PIC将数据传输给无线收发模块RF1100-232之后，由PIC发送连接指令给镜架上的无线收发模块RF1100-232，设置其处于发射模式，发送连接指令，在PC端，由PC设置与USB转串口模块PL2303相连的无线收发模块RF1100-232处于接收模式，接收连接指令，PC端的无线收发模块RF1100-232接收到连接指令后，发送回复指令，PIC端接收到回复指令后，再设置与自身相连的无线收发模块RF1100-232处于发射模式，将数据数据发射出去，在PC端，由PC设置与USB转串口模块PL2303相连的无线收发模块RF1100-232处于接收模式，识别与接收由PIC端无线收发模块RF1100-232发射来的数据模拟信号，完成两个无线收发模块RF1100-232的点对点的数据传输。

最后，由无线收发模块RF1100-232将接收到的数据模拟信号通过解调后转为数字信号，并将数字信号通过USB转串口模块PL2303转为RS232接口信号，由上位机串口调试工具自动识别并将数据显示出来，这时，PC前的测试人员通过调出编写的视力软件算出被测试者的视力；测试人员观察PC上显示的距离数据，然后指示被测试者前后移动，调节与视力表间的距离，再次测试出被测试者的视力，被测试者通过3次的测试后，由测试人员对3次视力数据做取平均值处理，得出被测试者的视力，然后由测试人员将相应数度的镜片装在被测试者所带的镜架上，让被测试者配戴后，站在视力表屏幕前观察戴后效果。

Claims (10)

1.一种基于无线通信的视力测试系统，其特征在于：包括在镜架上安装的超声波测距模块、单片机、第一无线收发模块和电源模块，所述超声波测距模块、第一无线收发模块和电源模块分别与所述单片机相连；所述视力检测装置还包括在PC端的第二无线收发模块和USB转串口模块，所述第二无线收发模块与所述USB转串口模块相连，所述USB转串口模块与PC相连；所述第一无线收发模块与所述第二无线收发模块通信连接；

所述单片机接收到PC的指令开始工作，控制超声波测距模块的发射器发出超声波，并由超声波测距模块本身自带的接收器接收持续一段时间的回波信号，并将这段时间的信号传至单片机进行计算和存储处理；最后由单片机控制第一无线收发模块，将自身数据取出后传输给第一无线收发模块，并控制第一无线收发模块处于发射模式，将数据发射出去；

所述USB转串口模块给第二无线收发模块供电，由PC控制第二无线收发模块处于接收模式，接收第一无线收发模块发射过来的数据，并通过USB转串口模块将数据上传至PC，并由上位机调试工具识别显示数据，最后再通过视力软件根据距离计算出视力。

2.如权利要求1所述的基于无线通信的视力测试系统，其特征在于：所述单片机采用STC89C52单片机。

3.如权利要求1或2所述的基于无线通信的视力测试系统，其特征在于：所述超声波测距模块采用US-020超声波测距模块，所述US-020超声波测距模块提供四个引脚：VCC、GND、Trig、Echo，它是非接触超声波测距模块。

4.如权利要求1或2所述的基于无线通信的视力测试系统，其特征在于：从测距模块接收到的TTL信号进行计数和计算处理后，得到的距离数据存储于寄存器中，最后再将数据从寄存器中取出后通过串行端口传输给第一无线收发模块。

5.如权利要求1或2所述的基于无线通信的视力测试系统，其特征在于：所述第一无线收发模块和第二无线收发模块是RF1100-232无线收发模块。

第二无线收发模块RF1100-232接收到数据后，通过USB转串口模块，将数据传

6.如权利要求1或2所述的基于无线通信的视力测试系统，其特征在于：所述USB转串口模块采用PL2303USB转串口模块。

7.如权利要求1或2所述的基于无线通信的视力测试系统，其特征在于：所述单片机中，距离的计算过程如下：

超声波传输速率C：

C＝C0+0.607×T

式中，C0为零度时的声波速度332m/s，T为室内实际温度，单位为摄氏度。

被测试者的眼睛与视力表间的距离S：

$S=\frac{C\×t}{2}$

其中，t为高电平数字信号的持续时间。

8.如权利要求1或2所述的基于无线通信的视力测试系统，其特征在于：在单片机将数字信号通过串行端口传输给第一无线收发模块前，需设置数据发送的起始指令，对第一无线收发模块RF1100-232的波特率、信道、功率、ID号进行定量设置，采用与RF1100-232同样的数据帧格式将数据传输给RF1100-232，一次发送的数据不超过30个字节，在发送下一个帧数据前，需做延时处理。

9.如权利要求1或2所述的基于无线通信的视力测试系统，其特征在于：第一无线收发模块与第二无线收发模块之间采用点对点通信。

10.如权利要求1或2所述的基于无线通信的视力测试系统，其特征在于：第二无线收发模块的TXD与RXD端口支持UART接口协议，与USB转串口模块的RXD，TXD直接连接，可将TTL信号传至PL2303，转为RS232串口信号，由上位机串口调试工具识别并接收数据后，将数据显示出来。

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