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典型高效視力檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

作者: 時間:2017-06-03 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

為了滿足人們?nèi)找姘l(fā)展的視辦檢測需求,使用SPCE3200,外部擴(kuò)展TFT-LCD模塊和鍵盤輸入模塊,設(shè)計(jì)出一種基于測試人員自主檢測的系統(tǒng)。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)旨在為視力的自主檢測提供方便可靠的幫助。經(jīng)實(shí)際測試結(jié)果表明,該系統(tǒng)簡單高效特點(diǎn)鮮明,測試者個人即可獨(dú)立完成的全部步驟,避免了舞弊和人為失誤的情況發(fā)生。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/201706/347784.htm

  人通過感官接受外界環(huán)境所表達(dá)的信息,并根據(jù)所得到的信息做出相應(yīng)的反應(yīng),其中人們所最常使用的就是視覺。我們常說的視力指的是人眼對影像的分辨能力,比較經(jīng)典的解釋是指人眼鑒別兩點(diǎn)是否分開的能力,視力的好壞是由視網(wǎng)膜分辨影像能力的大小來判定。通常來說,為了給醫(yī)師判斷視力提供幫助,在醫(yī)學(xué)臨床上會使用的數(shù)值來對視力進(jìn)行評估從而對視力好壞做出判斷。

  在我國視力檢測的方法多種多樣,但歸結(jié)起來可分為以下2種:1)較為傳統(tǒng)的方式,即一測試人、一醫(yī)師、一根指示桿、一視力表。測試人在醫(yī)師的引領(lǐng)下,分辨指出指示桿所指示的視力表上視標(biāo)的方向。2)由傳統(tǒng)方式進(jìn)化演變而來,利用當(dāng)今先進(jìn)的電子投影設(shè)備,采用先進(jìn)的圖形影像技術(shù),代替?zhèn)鹘y(tǒng)意義上的視力表,將檢測所需的圖像更加清晰的呈現(xiàn)給被測試人員完成視力檢測過程。但是上述介紹的檢測方法,都有固定的缺陷,因?yàn)闊o論在哪種檢測的全過程中,均需要一名醫(yī)師進(jìn)行協(xié)助工作,這樣就會造成多種后果。1)需要對驗(yàn)光人員進(jìn)行相關(guān)的培訓(xùn)并進(jìn)行考核,費(fèi)時費(fèi)力;2)在大規(guī)模體檢中,不可避免會因?yàn)獒t(yī)師的不經(jīng)意甚至偏袒舞弊情況而造成的失誤,這將對測試結(jié)果的公平性造成不良影響。

  為克服以上缺陷,有人提出了一種全新的檢測方法,即視力的自主檢測。文中以視力的自主檢測為研究對象,嘗試設(shè)計(jì)一種“由微型計(jì)算機(jī)全程控制、單人自主即可完成測試過程的光電視力自主檢測系統(tǒng)”。擬設(shè)計(jì)出的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)全部測試控制過程均在微處理器控制下完成,測試結(jié)果準(zhǔn)確,使用控制極其方便,不會受到環(huán)境的影響。同時,在文章中對系統(tǒng)的工作流程進(jìn)行了探究,對系統(tǒng)的硬秤部分相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì),并對系統(tǒng)工作時所需的軟件程序進(jìn)行了仿真調(diào)試。

  1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總路

  1.1 系統(tǒng)所需解決問題

  為了可以達(dá)到測試者在沒有醫(yī)師指示的情況下自主就可以完成整個視力檢測過程的目的,我們希望所設(shè)計(jì)系統(tǒng)能夠需達(dá)到如下的設(shè)計(jì)要求:

  1)在實(shí)驗(yàn)過程中,系統(tǒng)要可以生成上下左右方向隨機(jī)的視標(biāo)給測試者進(jìn)行觀察;

  2)當(dāng)測試者對給出的視標(biāo)進(jìn)行了判斷,系統(tǒng)要能對判斷的結(jié)果與視標(biāo)原有方向進(jìn)行比對,并根據(jù)對錯進(jìn)行相關(guān)的體現(xiàn);

  3)若測試者對視標(biāo)方向判斷正確,則下個顯示出的視標(biāo)大小應(yīng)比本次顯示出的視標(biāo)大小小一號;

  4)在測試過程中若視標(biāo)方向判斷均正確,系統(tǒng)要能一直顯示到碼數(shù)最小的視標(biāo);

  5)若測試者對視標(biāo)方向判斷錯誤,則系統(tǒng)能結(jié)束試驗(yàn)并輸出上一次正確時視標(biāo)對應(yīng)的碼數(shù)大??;

  6)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)長時間無信號輸入,可以自動結(jié)束退出。

  1.2 系統(tǒng)工作過程設(shè)計(jì)

  根據(jù)上述所述需要實(shí)驗(yàn)儀器系統(tǒng)所需達(dá)到的要求,我們對系統(tǒng)在一個測試周期中的工作過程進(jìn)行一個詳細(xì)的設(shè)置,即對一個測試者獨(dú)立完成一次視力自主測試的實(shí)驗(yàn)工作流程進(jìn)行的設(shè)計(jì)。具體工作過程如下:

  1)測試開始時,首先通電,系統(tǒng)初始化,為視力測試做好準(zhǔn)備;若出現(xiàn)錯誤,則進(jìn)行相關(guān)提示,幫助工作人員進(jìn)行解決;

  2)處理器讀取碼數(shù)最大方向隨機(jī)的圖片,并顯示在顯示器上;

  3)系統(tǒng)等待測試者按鍵,并根據(jù)其按鍵所對應(yīng)的方向進(jìn)行判斷,若正確則進(jìn)行步驟4,若不正確則進(jìn)行步驟5;

  4)系統(tǒng)生成比上一張測試圖片碼號小一號的方向隨機(jī)的圖片,并顯示在顯示器上,等待測試者進(jìn)行選擇,并根據(jù)其按鍵所對應(yīng)的方向進(jìn)行判斷,若正確則繼續(xù)循環(huán)步驟4);若錯誤則跳至步驟5);

  5)系統(tǒng)顯示最后一個判斷正確的圖片對應(yīng)的標(biāo)碼大小,將結(jié)果輸出到輸出設(shè)備;

  6)本次視力檢測結(jié)束,系統(tǒng)結(jié)果清零,返回最初初始化以后的狀態(tài),斷電,本次測試過程結(jié)束;

  7)若實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)長時間無按鍵按下的狀態(tài)(在本實(shí)驗(yàn)儀器中設(shè)置時間為10 s),則強(qiáng)制結(jié)束,從試驗(yàn)狀態(tài)中跳出并顯示對應(yīng)結(jié)果。

  其中,我們將系統(tǒng)的一個周期內(nèi)工作流程簡圖表示如圖1所示。

  

  圖1 系統(tǒng)工作簡圖

  2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

  2. 1 系統(tǒng)硬件整體設(shè)計(jì)

  為保證系統(tǒng)各功能的需求,我們根據(jù)系統(tǒng)所需完成的工作對整個硬件部分進(jìn)行了功能分塊處理,其中各個部分框圖關(guān)系如圖2所示,主要由SPCE3200主控板、TFT-LCD模塊、鍵盤輸入部分組成。其中,通過SPCE3200芯片來對TFT-LCD及鍵盤工作指令進(jìn)行控制,TFT-LCD模塊用于顯示測試,而測試開始、模式選擇以及判斷方向均通過鍵盤輸入部分來實(shí)現(xiàn),微型打印機(jī)則做為未來擴(kuò)展的一個外設(shè),用來打印最終結(jié)果。

  

  圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

2.2 SPCE3200單片機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)及功能

  SPCE3200單片機(jī)系統(tǒng)擁有基于S+Core架構(gòu)32位處理器SPCE3200,擁有S+Core7內(nèi)核,內(nèi)部集成了MPEC-4的硬件編解碼、TV 解碼接口、TFT、SPIUARTI2CSPI標(biāo)準(zhǔn)串口、USB、SD卡等多種外設(shè)接口,擴(kuò)展方便,適用于PDA、便攜媒體播放器、監(jiān)控器、機(jī)器人等設(shè)備的開發(fā)。因此,該系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是具有較強(qiáng)的多媒體處理能力。

  其具體特性如下:工作電壓:I/O端口的VDD 3.0~3.6 V.CPU內(nèi)核的VDD為1.62~1.98V;CPU工作頻率:27~162MHz;SDDRAM最大容量可達(dá)16 MB;具有32位/16位的SDRAM數(shù)據(jù)總線;可編程選擇顏色模式4/16/64/256/32768/65536;共6個16位CCP定時/計(jì)數(shù)器(具可編程自動重載功能);提供40個中斷源,分別為定時器、時基、外部輸入以及鍵喚醒等;支持鍵喚醒功能;USB功能:支持USB1.1主機(jī)或USB1.1外設(shè);UART功能;具有通用異步接收機(jī)和發(fā)送機(jī);提供串行外圍設(shè)備接口(SPI),具主/從模式;提供Sunplus串行輸入,輸出接口(SIO);內(nèi)置Watchdog功能;提供LCD接口,具TFT方式/CSTN方式;支持CCIR-601/656 CMOS影像傳感器/TVE控制接口;支持SD卡和NAND型Flash,用于海量數(shù)據(jù)存儲。圖3為SPCE3200的結(jié)構(gòu)框圖。

  

  圖3 SPCE3200結(jié)構(gòu)框圖

  2.3 圖像顯示及按鍵輸入模組介紹

  TFT-LCD中文全稱為薄膜場效應(yīng)晶體管液晶顯示器,是有源矩陣類型液晶顯示器(AM-LCD)中的一種,是在目前唯一在亮度、對比度、功耗、壽命、體軹和重量等綜合性能上全面趕超CRT的顯示器件,擁有性能優(yōu)良、大規(guī)模生產(chǎn)特性好、自動化程度高、原材料成本低廉、發(fā)展空間廣闊等優(yōu)良特點(diǎn)。

  而本系統(tǒng)所選用的TFT-LCD圖像顯示模塊是內(nèi)置于SPCE3200系統(tǒng)中的,擁有多種輸入格式下的接口控制;該LCD顯示屏大小為5.7寸,支持色彩65536色、分辨率為640(水平像素)x480(垂直像素)的圖像顯示。

  該模塊組擁有良好的顯示效果,完全能滿足我們儀器的設(shè)計(jì)要求;采用開放的SPCE3200接口連接,使實(shí)驗(yàn)測試方便可靠。同時,在main主程序中集成了對圖像進(jìn)行操作的TFT函數(shù)集,可以方便快速地對信號中圖像位置及寬度等信息進(jìn)行調(diào)試。

  按健輸入模塊則利用了SPCE3200系統(tǒng)自帶的4x4陣列式按鍵,初步定義使用6個按鍵,并通過Key.h對測試過程中所需的方向鍵、開始鍵及結(jié)束鍵來進(jìn)行定義,圖4為陣列式按鍵的電路圖。

  

  圖4 陣列式按鍵的電路圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

  本系統(tǒng)為達(dá)到設(shè)想的工作目標(biāo),根據(jù)各部分功能需求對軟件控制程序進(jìn)行了設(shè)計(jì),程序主要是用于指令控制和方向判斷。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括以下幾個程序模塊:

  1)main主程序函數(shù)模塊對整個程序部分進(jìn)行控制并根據(jù)需要調(diào)用各個子函數(shù)(如:TFT_PutPicture、show_PIC、Key_Show函數(shù)等),是一個循環(huán)函數(shù)。主函數(shù)作用是總體協(xié)調(diào)各個模塊。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各函數(shù)間合理有序的配合,完成測試所需的目的。

  2)TFT_PutPicture子程序函數(shù)模塊對顯示圖像進(jìn)行控制,控制圖片在屏中顯示的內(nèi)容、位置、大小及分辨率等信息。

  3)show_PIC子程序函數(shù)模塊在測試進(jìn)行中,該函數(shù)會得到一個隨機(jī)數(shù),并由此隨機(jī)數(shù)來通知TFT_PutPieutre函數(shù),調(diào)用所需圖像并將其顯示在上,提供給測試者進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

  4)Key_Scan子程序函數(shù)模塊 該函數(shù)會對測試中所用到的按健進(jìn)行設(shè)置,對程序中所使用的每個鍵都會給出一個賦值,并提供給main主程序,使主程序可以通過按健賦值對測試者進(jìn)行操作和方向選擇進(jìn)行判斷,最終達(dá)到控制實(shí)驗(yàn)過程的目的。

  其中編譯后的主要控制程序如下(節(jié)選):

  

  4 結(jié)束語

  經(jīng)實(shí)際測試試驗(yàn),該系統(tǒng)的工作性能穩(wěn)定,系統(tǒng)響應(yīng)速度快,圖像顯示效果良好,經(jīng)過本系統(tǒng)測試出的視力結(jié)果判斷準(zhǔn)確,最終各項(xiàng)功能都能夠滿足實(shí)際的需要。

  隨著人們對健康問題的越來越關(guān)注,對自身視力重視程度也會越來越在意。因此,對小型化、簡潔化的自主視方檢測系統(tǒng)的要求呼之欲出。本項(xiàng)目基于SPCE3200的自主視力檢測系統(tǒng)即提供一個良好的解決方法,彌補(bǔ)了傳統(tǒng)視力檢測方面的不足,且系統(tǒng)使用簡單、性能穩(wěn)定、便于推廣,具有一定的社會價值和市場前景。




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