基于CPLD的智能视力保护仪的硬件实现

大学生77.95%。特别是调查显示50%以上的学生及家长缺乏视力保健最基本的科普知识，不懂得不提前预防和及时治疗近视的危害性，因而有41.6%视力低下的学生并未采取任何矫正措施，又缺专业机构的治疗。基于以上原因，本论文提出了智能红外视力保护仪的设计思路。

关键词：智能红外；视力保护；CPLD

引言

智能红外视力保护仪主要包含测距、感光和定时三大功能。其中测距和感光模块由相应功能的传感器构成，能实现对使用者距离与周围光线强弱的检测和报警功能。处理模块由EPM240T100CPLD运行程序构成，能实现对学习时间进行定时并通过报警来提示时间已到的功能。总体上讲，本设计的这三个功能能同时生效，并通过报警灯闪烁和蜂鸣器报警的方式提醒使用者注意用眼卫生。

本文通过实践证明该视力保护器可行且可靠性很好，使用方便。本文期望通过该电子硬件的制作和理论的研究，能为后期进一步设计多功能视力保护器并采取合理措施提高视力保护的有效性提供可靠和有效的数据源和信息依据[1]。

1 系统硬件电路构成

以按键模块、复位模块、测距模块、显示模块、报警模块、MAX II系列的CPLD为核心处理器等构成一款智能视力保护仪设计。其中CPLD芯片选用较为普遍的MAX II系列的CPLD，红外测距选用利用光电反射的，红外测距尾部有个电位器可以调节感应距离（0～80cm），当距离小于调节设定的距离时小灯快速闪烁同时蜂鸣器响提示，当光线过强或过弱时，也会提示；数码管显示时间，当时间到45分钟时，数码管和小灯闪烁，蜂鸣器滴滴提示，此時按下按键即可休息，防止过度伤身；当休息回来时，再按下按键此时系统又重新开始工作。设计利用红外测距传感器实在对距离的测量，比超声波测距更加可靠准确、健康安全。该设计中的距离以及光照参数范

围可以调节。

2 视力保护仪的电路分析

2.1 主控器件的选择

硬件主要以MAX II系列CPLD为核心，功能电路主要包括传感器辅助坐直报警电路、光线报警电路、定时报警电路以及蜂鸣器报警电路等核心电路。利用VerilogHDL语言进行编程。从控制系统的大小和复杂度出发及系统运行速度，考虑CPLD的基本参数和增强功能。本设计中受控对象只有测距传感器、声光报警，复杂度低，采用低端的通用的CPLD芯片就能够满足要求。CPLD可以不仅仅可以支持一种协议，可以根据设备来调整可以使用的协议，这样，就可以随之改变所实现的功能。

2.2 传感器的选择

在测距模块中，常用超声波测距，它的原理是利用超声波的发射与接收，根据超声波传播的时间来计算出传播距离。实用的测距方法有两种，一种是在被测距的两端，一端发射，另一端接受的直接波方式，适用于身高计；一种是发射波被物体发射回来后接收的反射波方式，适用与测距仪。本设计主要是测距要选用得体，要准确无误，通过查阅资料感觉利用超声波测距的设计较多，但是稳定性不是很好，所以决定采用光电式测距传感器，主要应用在生产加工等精密场合，稳定性极高。所以本设计选用光电式红外测距传感器。

在感光模块中，采用光敏电阻与LM393构成的电压比较器来构成感光模块的主要部分。通过对电压的采集，来实现智能化[3]。

测距采用光电传感器，是一种集发射与接收于整体光电传感器。依据自己的需求改变设置检测的距离大小。本设计所用传感器平时输出高电平，当检测到被测物体时会输出低电平，将低电平信号给CPLD处理，实现测距报警。

2.3 显示模块及光敏模块的选择

考虑到系统的成本及实用性，显示系统采用的是一位数码管和LED配合使用。从调试的效果看，完全能够实现系统的相应功能。

本设计利用光敏阻值的变化与电阻进行分压，得到的电压值给LM393进行电压比较，通过10k可调电阻可以实现光线限值的调节。两个光敏一个感应光线过强，一个感应光线过弱，将信号给CPLD处理。

结束语

为了缩短仿真的时间，便于观察，所以把仿真的结束时间设置为1us；其仿真波形图如图1所示。

经过测试此系统实现了智能化。电路可靠，设计小巧省电，并且能够实现相应的功能。基本满足设计目标。具有推广使用的价值。

参考文献

[1]赵雅兴.FPGA原理设计与应用[M].天津：天津大学出版社，1999.

[2]宋万杰等.CPLD技术及其应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，1999.

[3]潘松，黄继业，潘明.EDA技术实用教程-VerilogHDL版[M].北京：科学出版社，2010.

通讯作者：胡广洲（1979-），男，讲师，硕士。