智能儿童视力测试仪

吴家耿　林剑萍　余振超

摘要：为方便家长定期、自主检测儿童视力，实现儿童眼疾早期发现、早期预防和治疗，以STM32F103ZET6作为主控制器，结合TFT真彩屏、NRF24L01无线传输模块、LD3320语音模块，设计了一智能儿童视力测试仪。该测试仪可通过按键或语音输入来判断屏幕上闪出的视标开口方向，以达到测试的目的。测试结果通过串口传至上位机进行存储、打印，以便对视力变化情况进行查询、分析。同时，测试过程还可以以答题的方式进行，具有一定的趣味性。通过测试验证，该测试仪使用方便、测试准确，在一定程度上可以起到预防近视的作用。

关键词：视力测试仪；STM32；NRF24L01；LD3320

中图分类号：R197.39 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）01-0157-02

1 引言

目前我们采用的主要是国标标准视力表和缪天容创立的对数视力表[1]。此种测试方法所需要的设备比较简单，容易操作，但受光线、指示棒干扰，测试质量较差。后期逐渐出现利用红外原理进行屈光度的检查，并且可以自动的显示，度数也可打印出来[2]。这种方式大大的提高了效率，操作简单，速度快，但是检查的准确性确是受大众争议的一点。后期市场上又逐步出现了视网膜电图、人眼相差干涉仪、自动验光仪法等产品，这几种方法要么价格昂贵，要么操作不方便，要么只针对于小众群体，不具有推广性。针对这种状况，设计了一款集便利性、趣味性、准确性为一体的视力测试仪，解决了目前儿童视力测试上的缺陷，在一定程度上可以起到预防近视的作用，达到保护眼睛的效果。

2 系统硬件设计

本设计是采用STM32F103ZET6作为主控制器，NRF24L01无线传输模块来实现遥控操作，测试结果在显示屏上显示，并通过语音模块进行播报，同时可通过串口传至上位机进行打印或存储以供查询。系统总体框图如图1所示。

2.1 主控模块

STM32F103ZET6是一款基于ARM的微型控制器，最高工作頻率是72MHz。它工作电压在2-3.6V，功耗低，体积小，具有睡眠、停机和待机的模式。丰富的外设资源，包括了2个I2C接口，可支持SMBUS以及PMBUS，5个USART接口，3个速度可达18M位/S的SPI接口，其中2个可复用为I2S。支持CAN通信，10/100以太网MAC，支持MII和RMII。

测试时，主控模块主要是控制屏幕按从大到小的顺序，随机闪出不同开口的视标，根据NRF24L01传来的数据进行判断，从而执行不同的动作。

2.2 TFT彩屏显示模块

采用3.5寸TFT彩屏作为显示面板，液晶显示器上的每一液晶像素点都是由集成在它的后面的薄膜晶体管来驱动[3]。因此显示的亮度、刷新的速度都明显优于其他的方案。同时画面的品质也十分清晰。TFT彩屏主要是用来显示当前的时间，以及测试用的E视标、测试结果等。

2.3 NRF24L01无线传输模块

NRF24L01是一款低功耗，抗干扰强、稳定性好，传输速度快的一款无线传输芯片，工作的频段是2.4-2.5GHZ，最大的数据传输速度达到了10Mb/s[4]。支持多点通信，最小功耗为900nA，内部具有CRC校验以及稳压电路，保证系统工作的稳定性。通过NRF24L01将按键信息或语音指令从手持端传送到显示端，显示端对接收到的数据进行分析，从而作出下一步的执行判断，最终确定测试者的视力，因此对于无线数据传输的准确性具有比较高的要求。

2.4 语音模块

在本系统中，语音模块采用的是ICRoute公司的LD3320，该芯片内部有专用的AD/DA转换芯片，麦克风的接口以及声音的输出接口等，无需任何外接缓存，可以直接实现语音识别/声控/人机对话功能[5]。LD3320采用的是并行方式与STM32F1O3ZET6进行连接，工作电压是3.3V。系统可以通过语音输入代替按键，且测试结果可语音播报。

3 系统软件实现

3.1 下位机的软件设计

下位机是由手持端（发送端）和显示处理端（接收端）构成。发送端主要实现按键输入、语音识别功能，接收端接收发送端的数据并解析，实现TFT真彩屏测试视标、结果显示，时间显示，语音播放等功能。数据传输通过NRF24L01来完成的。下位机数据发送端主程序流程图如图2所示，数据接收端主程序流程图如图3所示，语音识别主程序流程图如图4所示。

3.2 上位机的软件设计

系统界面的设计，通过VC 6.0中的MFC来完成。数据存放在本地数据库内，在程序中通过创建MySQL句柄来访问数据库，从而操作数据库中的数据来完成保存、删除、查询功能。根据C++语言知识完成背景音乐、打印预览、绘制折线图功能。上位机主界面如图5所示。

4 结语

通过测试表明，该基于STM32的智能视力测试仪设计合理，可实现视力的自动测试功能，具有一定的趣味性，特别适用于儿童的视力测试，且测试结果准确。系统成本较低，携带方便，特别适用于家庭自主使用，一定程度上可帮助家长预防儿童近视。

参考文献

[1]邱杰，覃斌毅.基于MCS-51单片机的视力测试仪设计[J].玉林师范学院学报，2015，14（02）：81.

[2]魏保立，李秀玲.基于STM32的多功能视力测试仪制作[J].电子制作.2013，12（08）：19-22.

[3]马建宁，蒋红兵.新型视力自动测试仪的研制[J].现代医学仪器与应用.1999，11（04）：18-25.

[4]曾勇，杨涛，冯月晖.基于NRF24L01的超低功耗无线传感器网络节点设计[J].电子技术应用，2008，34（7）：45-48.

[5]陈喜春.基于LD3320语音识别专用芯片实现的语音控制[J].电子技术，2011，38（11）：20-21.