CN104574870A - 基于ZigBee和蓝牙的穿戴式视力监护系统 - Google Patents

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Abstract

基于ZigBee和蓝牙的穿戴式视力监护系统，其由基于蓝牙的监护终端、智能台灯以及基于ZigBee的无线传感器网络三大部分组成；监护终端为头戴式耳机，其内嵌有采集终端；无线传感器网络由网络各节点通过无线通讯模块相互连接形成，各节点均通过单片机、继电器与相应的家电连接；智能台灯由单片机作为控制单元，控制单元分别连接智能语音模块、AD转换芯片、台灯模块、PWM脉冲模块、模式开关、蓝牙模块。本发明在阅读区域，可布放多个基于ZigBee的无线传感器网络，实现环境数据的实时监控，同时利用蓝牙、GSM实现远程控制，利用语音识别实现家电的智能控制，利用PWM、光强传感器控制灯的亮度。

Description

基于ZigBee和蓝牙的穿戴式视力监护系统
技术领域：
    本发明涉及视力防护技术领域，具体涉及一种基于ZigBee和蓝牙的穿戴式视力监护系统。
背景技术：
近年来，学生近视的低龄化现象已经越来越严重，学生中的近视患者所占比例也越来越大，正确的坐姿、合理的学习时间，显得尤为重要，当然，家长的督促作用也是十分重要的，虽然现在市场出现有一些视力监护装置，但是目前市场上的视力监护仪器没有做到随时监控与保护阅读者的视力，没有对数据进行采集，更没有做到便捷、高效、实时的对数据无线共享并汇集到数据库进行分析与矫正。在监护方面，市面上的监护系统未能实时的将孩子的情况通知给他们，监护人员也不能针对当前的阅读情况，实时的进行监督和帮助。
发明内容：
为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：本系统由三大部分组成：基于蓝牙的监护终端、智能台灯以及基于ZigBee的无线传感器网络；
所述基于蓝牙的监护终端为头戴式耳机，其内嵌有安置采集终端，采集终端包括单片机、超声波传感器、蓝牙模块，所述单片机分别与超声波传感器、蓝牙模块连接，蓝牙模块还与主控模块的蓝牙模块进行配对连接；
所述基于ZigBee的无线传感器网络由网络各节点通过无线通讯模块相互连接形成，各节点均通过单片机与继电器与相应的家电连接，各节点均采用电池为单片机和无线通讯模块供电，其中选择一个节点单片机作为主控模块，主控模块放置在阅读者的附近，所述主控模块连接有蓝牙模块，另外主控模块还连接有摄像头、GSM模块；
所述智能台灯由单片机作为控制单元，控制单元包括主芯片，所述主控芯片分别连接智能语音模块、AD转换芯片、台灯模块、PWM脉冲模块、模式开关、蓝牙模块，所述AD转换芯片与光敏电阻连接。
优选的，所述主控模块或采集终端单片机上均可以连接LED灯、蜂鸣器。
优选的，所述主控模块还连接有语音模块、定时器模块、LCD显示屏。
优选的，所述超声波传感器采用HC-SR04。
优选的，所述蓝牙模块采用HC-05。
优选的，所述主控模块的可通过GSM模块可与监控者手机进行连接。
优选的，所述智能台灯可通过蓝牙模块与监控者手机进行连接。
本发明主要解决近年来近视学生的低龄化现象严重的问题，通过合理规划，设计并建设一套穿戴式的视力监护系统，针对目前人们的关注程度，特别是在阅读区域，可布放多个基于ZigBee的无线传感器网络，实现环境数据的实时监控，同时可利用蓝牙、GSM实现远程控制，利用语音识别实现家电的智能控制，利用PWM、光强传感器智能控制灯的亮度。
附图说明：
图1是本系统的结构示意图；
图2为基于蓝牙的监护终端的结构框图；
图3为超声波传感器的时序图；
图4为ZigBee无线传感器网络结构示意图；
图5为ZigBee无线传感器网络各节点结构示意图；
图6为主控模块的结构示意图；
图7为智能台灯结构框图；
图8为智能语音模块与智能台灯C51单片机块的电路连接图；
图9为只能台灯自动调光硬件框图。
具体实施方式：
参见图1，本系统由三大部分组成：基于蓝牙的监护终端、智能台灯以及基于ZigBee的无线传感器网络。
一、基于蓝牙的监护终端
参见图2，所述基于蓝牙的监护终端为头戴式耳机，其内嵌有安置采集终端，采集终端包括C51单片机、HC-SR04超声波传感器、HC-05蓝牙模块，采集终端通过超声波传感器检测阅读者和书本之间的实际距离，并将数据传输给单片机，单片机通过蓝牙模块传输给已经配对连接好的设置有蓝牙模块的主控模块，同时会将数据与设定好的阈值进行对比，超过阈值则触发采集终端单片机上LED灯、蜂鸣器报警，当然LED灯、蜂鸣器也可设置在基于ZigBee的无线传感器网络中的主控模块上进行报警。
1.1 超声波传感器
基于蓝牙的监护终端所用的传感器为HC-SR04超声波传感器，此型号传感器采用IO口TRIG触发测距，给至少10微秒的高电平信号，模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回，如果有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发出到返回的时间距离=高电平时间*声速（340m/s）/2，具体时序图见图3。
1.2 蓝牙通信模块
所用的蓝牙模块为HC-05，采用CSR主流蓝牙芯片，蓝牙V2.0协议标准。
二、基于ZigBee的无线传感器网络
参见图4，基于ZigBee的无线传感器网络由网络各节点通过无线通讯模块相互连接形成，参见图5，各节点均通过单片机与继电器与相应的家电连接，单片机还连接有无线通讯模块，各节点均采用电池为单片机和无线通讯模块供电，使各节点的体积变小，应用起来更加小巧灵活。
所述各节点单片机采用的芯片CC2530是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE应用的一个真正的片上系统（SoC）解决方案，它能够以非常低的材料成本建立强大的网络节点，CC2530结合了领先RF收发器的优良性能，内部集成了业界标准的增强型8051 CPU、8-KB RAM和许多其它强大的功能，CC2530具有不同的运行模式，使得它尤其适应超低功耗要求的系统，运行模式之间的转换时间较短，进一步确保了低能源消耗。
参见图6，其中选择一个单片机作为主控模块，主控模块放置在阅读者的附近，一般放置在学习桌上，所述主控模块连接有蓝牙模块，蓝牙模块与监护终端上的蓝牙相互配对，另外主控模块还连接有摄像头、GSM模块、语音模块、定时器模块、LCD显示屏，当监护终端上的蓝牙模块传输过来的数据超过设定的阈值时，就会触发语音模块、定时器模块进行双报警，而且还会在LCD显示屏上进行显示，同时启动打开摄像头对阅读者进行拍照，若监控者持有的手机距离较远，则会通过GSM模块将阅读者的实时现状发送至手机上，若距离较近，则会通过蓝牙模块传送给监控者持有的手机，然后监控者通过手机APP，针对远、近程使用GSM或者蓝牙对阅读者周边的电器进行实时控制，从而为阅读者创造更好的学习环境，若是主控模块上还连接有LED灯、蜂鸣器，则在阅读者和书本之间的实际距离超过设定的阈值时，则会启动LED灯、蜂鸣器进行报警。
三、智能台灯
见图7，所述智能台灯放置在阅读者书桌上，其由C51单片机作为控制单元，其以STC89C52作为主芯片，所述主控芯片分别连接智能语音模块、AD转换芯片、台灯模块、PWM脉冲模块、模式开关、蓝牙模块，所述AD转换芯片与光敏电阻连接。
智能台灯通过智能语音模块可实现简单的语音指令控制台灯的开启和关闭以及其他附属功能，如播放音乐等，采用的智能语音模块是ASRM08-A，这是一款非特定人声语音识别模块，能识别所有人的语音，不分男女，通过串口输出，可以直接与单片机的串口相连，实现语音控制的功能，单次能识别50条指令，支持动态编辑，使用过程中可以直接通过串口修改关键词（即用户指令），可重复写入形成树形结构便可实现无限指令，其与C51单片机的接线图见图8。
对光度的自动调节则是通过ADC0809模拟-数字转换芯片不断检验光敏电阻的电压来间接测量感应光度，将电压和预设的阈值进行对比，调整PWM的占空比对LED的电流进行控制，从而实现了对光度的自动调节，其硬件框图见图9，另一方面也可根据自身需要通过按键手动控制LED灯的光度调节，另外也可通过蓝牙模块接收监控者持有的手机发送来的相关指令来调节。

Claims (8)

1.基于ZigBee和蓝牙的穿戴式视力监护系统，其特征在于，本系统由三大部分组成：基于蓝牙的监护终端、智能台灯以及基于ZigBee的无线传感器网络；
所述基于蓝牙的监护终端为头戴式耳机，其内嵌有安置采集终端，采集终端包括单片机、超声波传感器、蓝牙模块，所述单片机分别与超声波传感器、蓝牙模块连接，蓝牙模块还与主控模块的蓝牙模块进行配对连接；
所述基于ZigBee的无线传感器网络由网络各节点通过无线通讯模块相互连接形成，各节点均通过单片机与继电器与相应的家电连接，各节点均采用电池为单片机和无线通讯模块供电，其中选择一个节点单片机作为主控模块，主控模块放置在阅读者的附近，所述主控模块连接有蓝牙模块，另外主控模块还连接有摄像头、GSM模块；
所述智能台灯由单片机作为控制单元，控制单元包括主芯片，所述主控芯片分别连接智能语音模块、AD转换芯片、台灯模块、PWM脉冲模块、模式开关、蓝牙模块，所述AD转换芯片与光敏电阻连接。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，主控模块连接LED灯、蜂鸣器。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述采集终端单片机上连接LED灯、蜂鸣器。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主控模块还连接有语音模块、定时器模块、LCD显示屏。
5.根据权利要求1-4中任一所述的系统，其特征在于，所述主控模块的可通过GSM模块可与监控者手机进行连接。
6.根据权利要求1-4中任一所述的系统，其特征在于，所述智能台灯可通过蓝牙模块与监控者手机进行连接。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述超声波传感器采用HC-SR04。
8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述蓝牙模块采用HC-05。
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