典型高效視力檢測系統設計

為了滿(mǎn)足人們日益發(fā)展的視辦檢測需求，使用SPCE3200微控制芯片，外部擴展TFT-LCD模塊和鍵盤(pán)輸入模塊，設計出一種基于測試人員自主檢測的視力檢測系統。該系統的設計旨在為視力的自主檢測提供方便可靠的幫助。經(jīng)實(shí)際測試結果表明，該系統簡(jiǎn)單高效特點(diǎn)鮮明，測試者個(gè)人即可獨立完成視力檢測的全部步驟，避免了舞弊和人為失誤的情況發(fā)生。

　　人通過(guò)感官接受外界環(huán)境所表達的信息，并根據所得到的信息做出相應的反應，其中人們所最常使用的就是視覺(jué)。我們常說(shuō)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(kāi)的能力，視力的好壞是由視網(wǎng)膜分辨影像能力的大小來(lái)判定。通常來(lái)說(shuō)，為了給醫師判斷視力提供幫助，在醫學(xué)臨床上會(huì )使用視力檢測的數值來(lái)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，但歸結起來(lái)可分為以下2種：1）較為傳統的方式，即一測試人、一醫師、一根指示桿、一視力表。測試人在醫師的引領(lǐng)下，分辨指出指示桿所指示的視力表上視標的方向。2）由傳統方式進(jìn)化演變而來(lái)，利用當今先進(jìn)的電子投影設備，采用先進(jìn)的圖形影像技術(shù)，代替傳統意義上的視力表，將檢測所需的圖像更加清晰的呈現給被測試人員完成視力檢測過(guò)程。但是上述介紹的檢測方法，都有固定的缺陷，因為無(wú)論在哪種檢測的全過(guò)程中，均需要一名醫師進(jìn)行協(xié)助工作，這樣就會(huì )造成多種后果。1）需要對驗光人員進(jìn)行相關(guān)的培訓并進(jìn)行考核，費時(shí)費力；2）在大規模體檢中，不可避免會(huì )因為醫師的不經(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，嘗試設計一種“由微型計算機全程控制、單人自主即可完成測試過(guò)程的光電視力自主檢測系統”。擬設計出的實(shí)驗系統全部測試控制過(guò)程均在微處理器控制下完成，測試結果準確，使用控制極其方便，不會(huì )受到環(huán)境的影響。同時(shí)，在文章中對系統的工作流程進(jìn)行了探究，對系統的硬秤部分相關(guān)參數進(jìn)行設計，并對系統工作時(shí)所需的軟件程序進(jìn)行了仿真調試。

　　1 系統設計總路

　　1.1 系統所需解決問(wèn)題

　　為了可以達到測試者在沒(méi)有醫師指示的情況下自主就可以完成整個(gè)視力檢測過(guò)程的目的，我們希望所設計系統能夠需達到如下的設計要求：

　　1）在實(shí)驗過(guò)程中，系統要可以生成上下左右方向隨機的視標給測試者進(jìn)行觀(guān)察；

　　2）當測試者對給出的視標進(jìn)行了判斷，系統要能對判斷的結果與視標原有方向進(jìn)行比對，并根據對錯進(jìn)行相關(guān)的體現；

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

　　4）在測試過(guò)程中若視標方向判斷均正確，系統要能一直顯示到碼數最小的視標；

　　5）若測試者對視標方向判斷錯誤，則系統能結束試驗并輸出上一次正確時(shí)視標對應的碼數大??；

　　6）實(shí)驗系統長(cháng)時(shí)間無(wú)信號輸入，可以自動(dòng)結束退出。

　　1.2 系統工作過(guò)程設計

　　根據上述所述需要實(shí)驗儀器系統所需達到的要求，我們對系統在一個(gè)測試周期中的工作過(guò)程進(jìn)行一個(gè)詳細的設置，即對一個(gè)測試者獨立完成一次視力自主測試的實(shí)驗工作流程進(jìn)行的設計。具體工作過(guò)程如下：

　　1）測試開(kāi)始時(shí)，首先通電，系統初始化，為視力測試做好準備；若出現錯誤，則進(jìn)行相關(guān)提示，幫助工作人員進(jìn)行解決；

　　2）處理器讀取碼數最大方向隨機的圖片，并顯示在顯示器上；

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

　　5）系統顯示最后一個(gè)判斷正確的圖片對應的標碼大小，將結果輸出到輸出設備；

　　6）本次視力檢測結束，系統結果清零，返回最初初始化以后的狀態(tài)，斷電，本次測試過(guò)程結束；

　　7）若實(shí)驗中出現長(cháng)時(shí)間無(wú)按鍵按下的狀態(tài)（在本實(shí)驗儀器中設置時(shí)間為10 s），則強制結束，從試驗狀態(tài)中跳出并顯示對應結果。

　　其中，我們將系統的一個(gè)周期內工作流程簡(jiǎn)圖表示如圖1所示。

　　圖1 系統工作簡(jiǎn)圖

　　2 系統硬件設計

　　2. 1 系統硬件整體設計

　　為保證系統各功能的需求，我們根據系統所需完成的工作對整個(gè)硬件部分進(jìn)行了功能分塊處理，其中各個(gè)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(pán)輸入部分組成。其中，通過(guò)SPCE3200芯片來(lái)對TFT-LCD及鍵盤(pán)工作指令進(jìn)行控制，TFT-LCD模塊用于顯示測試，而測試開(kāi)始、模式選擇以及判斷方向均通過(guò)鍵盤(pán)輸入部分來(lái)實(shí)現，微型打印機則做為未來(lái)擴展的一個(gè)外設，用來(lái)打印最終結果。

　　圖2 系統硬件結構框圖

2.2 SPCE3200單片機系統的特點(diǎn)及功能

　　SPCE3200單片機系統擁有基于S+Core架構32位處理器SPCE3200，擁有S+Core7內核，內部集成了MPEC-4的硬件編解碼、TV 解碼接口、TFT、SPIUARTI2CSPI標準串口、USB、SD卡等多種外設接口，擴展方便，適用于PDA、便攜媒體播放器、監控器、機器人等設備的開(kāi)發(fā)。因此，該系統最大的特點(diǎn)是具有較強的多媒體處理能力。

　　其具體特性如下：工作電壓：I/O端口的VDD 3.0~3.6 V.CPU內核的VDD為1.62~1.98V;CPU工作頻率：27~162MHz;SDDRAM最大容量可達16 MB;具有32位/16位的SDRAM數據總線(xiàn)；可編程選擇顏色模式4/16/64/256/32768/65536;共6個(gè)16位CCP定時(shí)/計數器（具可編程自動(dòng)重載功能）；提供40個(gè)中斷源，分別為定時(shí)器、時(shí)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主機或USB1.1外設；UART功能；具有通用異步接收機和發(fā)送機；提供串行外圍設備接口（SPI），具主/從模式；提供Sunplus串行輸入，輸出接口（SIO）；內置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，用于海量數據存儲。圖3為SPCE3200的結構框圖。

　　圖3 SPCE3200結構框圖

　　2.3 圖像顯示及按鍵輸入模組介紹

　　TFT-LCD中文全稱(chēng)為薄膜場(chǎng)效應晶體管液晶顯示器，是有源矩陣類(lèi)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、大規模生產(chǎn)特性好、自動(dòng)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)。

　　而本系統所選用的TFT-LCD圖像顯示模塊是內置于SPCE3200系統中的，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(mǎn)足我們儀器的設計要求；采用開(kāi)放的SPCE3200接口連接，使實(shí)驗測試方便可靠。同時(shí)，在main主程序中集成了對圖像進(jìn)行操作的TFT函數集，可以方便快速地對信號中圖像位置及寬度等信息進(jìn)行調試。

　　按健輸入模塊則利用了SPCE3200系統自帶的4x4陣列式按鍵，初步定義使用6個(gè)按鍵，并通過(guò)Key.h對測試過(guò)程中所需的方向鍵、開(kāi)始鍵及結束鍵來(lái)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 系統軟件設計

　　本系統為達到設想的工作目標，根據各部分功能需求對軟件控制程序進(jìn)行了設計，程序主要是用于指令控制和方向判斷。本系統的軟件設計包括以下幾個(gè)程序模塊：

　　1）main主程序函數模塊對整個(gè)程序部分進(jìn)行控制并根據需要調用各個(gè)子函數（如：TFT_PutPicture、show_PIC、Key_Show函數等），是一個(gè)循環(huán)函數。主函數作用是總體協(xié)調各個(gè)模塊。實(shí)現系統各函數間合理有序的配合，完成測試所需的目的。

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

　　3）show_PIC子程序函數模塊在測試進(jìn)行中，該函數會(huì )得到一個(gè)隨機數，并由此隨機數來(lái)通知TFT_PutPieutre函數，調用所需圖像并將其顯示在LCD顯示器上，提供給測試者進(jìn)行實(shí)驗。

　　4）Key_Scan子程序函數模塊 該函數會(huì )對測試中所用到的按健進(jìn)行設置，對程序中所使用的每個(gè)鍵都會(huì )給出一個(gè)賦值，并提供給main主程序，使主程序可以通過(guò)按健賦值對測試者進(jìn)行操作和方向選擇進(jìn)行判斷，最終達到控制實(shí)驗過(guò)程的目的。

　　其中編譯后的主要控制程序如下（節選）：

　　4 結束語(yǔ)

　　經(jīng)實(shí)際測試試驗，該系統的工作性能穩定，系統響應速度快，圖像顯示效果良好，經(jīng)過(guò)本系統測試出的視力結果判斷準確，最終各項功能都能夠滿(mǎn)足實(shí)際的需要。

　　隨著(zhù)人們對健康問(wèn)題的越來(lái)越關(guān)注，對自身視力重視程度也會(huì )越來(lái)越在意。因此，對小型化、簡(jiǎn)潔化的自主視方檢測系統的要求呼之欲出。本項目基于SPCE3200的自主視力檢測系統即提供一個(gè)良好的解決方法，彌補了傳統視力檢測方面的不足，且系統使用簡(jiǎn)單、性能穩定、便于推廣，具有一定的社會(huì )價(jià)值和市場(chǎng)前景。