Электронный тренажер для глаз

Размещено на http://www.allbest.ru/

Электронный тренажер для глаз

Автор: Тинмей Александр Орланович

Научный руководитель: Санчаа Михаил Григорьевич

Кызыл - 2016

Содержание

Введение

Метод тренировки глаз

Способ управления тренажёром

Микроконтроллер ATtiny13

Принципиальная электрическая схема тренажёра

Устройство тренажёра

Среда программирования microC для AVR-контроллеров

Алгоритм программы управления тренажёром

Код программы управления тренажёром

Программатор

Эксперимент

Выводы

Литература

Введение

Актуальность работы

В настоящее время широко распространены компьютеры, планшеты и сотовые телефоны. При длительной работе за этими устройствами глаза пользователей сильно устают. Существуют механические методики для расслабления (релаксации) мышц глаз. Однако они требуют огромных усилий для их выполнения, поэтому многие их не делают. В данной работе предлагается простой электронный тренажёр, который прост в обращении, вызывает живой интерес, а стало быть, желание заниматься - в этом заключается актуальность данной работы.

Цель работы

Целью данной работы явилась разработка электронного тренажёра для глаз (в дальнейшем «Тренажер»).

Задачи работы

Для достижения данной цели необходимо было решить следующие задачи:

Выбор метода тренировки глаз;

Выбор способа управления тренажёром;

Изучение микроконтроллера;

Изучение светодиодов;

Разработка принципиальной электрической схемы тренажёра;

Сборка тренажёра;

Освоение программирования на mikroC for AVR;

Разработки алгоритма программы;

Написание на основе разработанного алгоритма программы;

Запись кода в память микроконтроллера;

Проведение эксперимента.

1. Метод тренировки глаз

В данной работе выбран метод тренировки мышц глаз, заключающийся в слежении глазами за движением умеренно светящейся точки. Эффект движения светящейся точки создаётся четырьмя светодиодами, расположенными по краям очковой оправы.

2. Способ управления

Из двух способов управления тренажёром: компьютерное и микроконтроллерное был выбран последний, так как он обеспечивает тренажёру мобильность и доступность. В качестве микроконтроллера выбран ATtiny13, как имеющий минимальные размеры (8 выводов).

3. Микроконтроллер ATtiny13

ATtiny13 - 8-битный микроконтроллер (рисунок 1) с AVR RISC архитектурой [1]. Выполняя команды за один цикл, ATtiny13 достигает производительности 1 MIPS при частоте задающего генератора 1 МГц, что позволяет разработчику оптимизировать отношение потребления к производительности.

Рис. 1.

AVR ядро объединяет богатую систему команд и 32 рабочих регистра общего назначения. Все 32 регистра непосредственно связаны с арифметико-логическим устройством (АЛУ), что позволяет получить доступ к двум независимым регистрам при выполнении одной команды. В результате эта архитектура позволяет обеспечить в десятки раз большую производительность, чем стандартная CISC архитектура.

Прибор изготовлен по высокоплотной энергонезависимой технологии изготовления памяти компании Atmel. Встроенная ISP Flash позволяет перепрограммировать память программы в системе через последовательный SPI интерфейс программой-загрузчиком, выполняемой в AVR ядре, или обычным программатором энергонезависимой памяти.

В таблице 1 даны технические характеристики AVR-контроллера.

Таблица 1.

4. Принципиальная электрическая схема тренажёра

Разработка принципиальной электрической схемы тренажёра производилась исходя из метода тренировки глаз и способа управления тренажёром. Схема тренажёра представлена на рисунке 2.

Рис. 2.

На схеме видно, что светодиоды VD1-VD4 подключены к разрядам PB0-PB3 порта В микроконтроллера IC1 соответственно. В качестве источников света были выбраны светодиоды АЛ307ВМ [2] зелёного свечения, так как они не раздражают глаза, имеют малое прямое напряжение свечения и потребляют малый ток.

Для того, чтобы зажечь (включить) соответствующий светодиод VD надо записать в соответствующий разряд PB порта B микроконтроллера логическую единицу (“1”), которая представляет собой напряжение, 5 ? U ? 2,5 Вольт.

Для того, чтобы выключить соответствующий светодиод VD надо записать в соответствующий разряд PB порта B микроконтроллера логический ноль (“0”), который представляет собой напряжение, большее 0,8 ? U ? 0 Вольт.

5. Устройство тренажера

В соответствии с принципиальной электрической схемой был собран тренажер. Как видно из представленных фотографий 1 и 2, тренажер состоит из 4 светодиодов, очковой оправы, стеклотекстолитовой пластинки, платы управления. Светодиоды и плата управления установлены на пластинке, закреплённой на оправе. На плате управления установлены микроконтроллер, токоограничивающие резисторы светодиодов и кнопка режимов работы последних.

Фото 1.

Фото 2.

6. Среда программирования microC для AVR-контроллеров

Выбор среды программирования определялся возможностью программирования на языке высокого уровня Си. Поэтому выбор пал на microC PRO for AVR v5.8.0.

MikroC PRO for AVR - это полнофункциональный ANSI C компилятор для AVR микроконтроллеров от фирмы Atmel. Это лучшее решение для разработки кода для устройств AVR. Он имеет интуитивную IDE среду программирования, мощный компилятор, множество аппаратных и программных библиотек, а также дополнительные инструменты, которые помогут в работе. MikroC PRO для AVR включает в себя набор библиотек и примеры. Они призваны облегчить работу. Библиотеки полностью задокументированы и позволяют быстро начать в программировании микроконтроллеров.

Интерфейс mikroC for AVR представлен на рисунке 3.

Рис. 3.

7. Алгоритм программы управления тренажёром

Алгоритм программного кода был составлен учётом принципиальной электрической схемы и схемы движения светящейся точки, приводимой на рисунке 4 (одна из трёх схем; выбор схем движения осуществляется кнопкой). электронный тренажёр глаз программирование

Рис. 4.

Таким образом, разработанный алгоритм имел следующий вид:

Зажечь светодиод VD1;

Выполнить задержку на 1 секунду;

Зажечь светодиод VD2;

Выполнить задержку на 1 секунду;

Зажечь светодиод VD3;

Выполнить задержку на 1 секунду;

Зажечь светодиод VD4;

Выполнить задержку на 1 секунду;

Перейти в пункт №1.

На фотографиях 3 и 4 представлено поочерёдное зажигание светодиодов в соответствии с разработанным алгоритмом.

Фото 3.

Фото 4.

8. Код программы управления тренажёром

Согласно алгоритму программы написан код программы в среде разработки приложений mikroC for AVR. На рисунке 5 представлен листинг программы управления тренажёром версии 4.

Рис. 5.

Запись программного кода на кристалл микросхемы AVR-контроллера произведена LPT-программатором из среды PonyProg2000.

9. Программатор

После создания программы-драйвера устройства необходимо было

записать её в микроконтроллер. Для этого был изучен LPT-программатор, который с помощью программы PonyProg2000 записывает hex-код в микроконтроллер. Фотография данного программатора представлена на фото 5, а программы PonyProg2000 - на рисунке 6.

Фото 5.

Рис. 6.

10. Эксперимент

Проведённый эксперимент заключался в следующем:

Проверка работоспособности узлов тренажёра;

Проведение тренингов по релаксации глаз;

Выявление наличия положительного эффекта от применения данного тренажёра.

Один из моментов эксперимента запечатлён на фотографии 6.

Фото 6.

Выводы

В результате проделанной работы были решены следующие задачи:

Выбран метод тренировки глаз. Это позволило создать простое устройство тренировки глаз.

Изучен AVR-контроллер и светоизлучающие диоды. Это позволило разработать принципиальную электрическую схему.

Разработан алгоритм программы. Это позволило написать программный код.

Освоено программирование на mikroC. Это позволило создать, отладить программу, получить hex-файл, необходимый для импорта в кристалл.

Сделано работоспособное устройство.

Эксперимент подтвердил наличие релаксации глаз.

Таким образом, все задачи, поставленные перед автором, выполнены, цель работы достигнута.

Разработанное устройство внедрено в учебный процесс лаборатории Конструирования и Моделирования ГАОУРТ «Государственный лицей Республики Тыва».

Литература

1. Евстифеев А.В. Микроконтроллеры AVR семейства Tiny. Руководство пользователя. - М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2007. - 432 с.

2. В.И. Иванов, А.И. Аксенов, А.М. Юшин. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы: Справочник. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 184с.

Размещено на Allbest.ru