基于STM32的自动视力测试仪

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

近年来青少年用眼负担持续加重，近视发病率长期居高不下，眼健康筛查已经成为校园健康管理、家庭自我保健中的重要环节。传统视力筛查普遍采用纸质视力表，依靠医护人员或者家长辅助完成检测，整个过程存在较多局限性。一方面，检测的距离很难精准把控，被测者靠前或者靠后都会直接造成视力结果偏差；另一方面，环境光照对识别效果影响很大，光线昏暗时，视标辨识度下降，进一步增大检测误差。同时，传统方式缺少结果自动存储功能，多次筛查的数据不方便对比，很难直观跟踪视力的变化趋势。市面上专业的眼科检测设备精度高，但是价格昂贵、操作复杂，大多适合医院使用，并不适合在校园、社区以及家庭中常态化普及。一部分简易电子视力装置只实现了视标的简单显示，缺少距离自动检测、光照自适应补光等配套功能，大多依靠按键操作，对于低龄儿童而言使用门槛较高。动态视力和静态视力不同，反映人眼识别运动目标的能力，对于驾驶、运动等场景都有重要参考价值，而专门面向普通人群、低成本的动视力自测设备比较稀缺。

在此背景下，设计一套自动化、语音控制的动视力测试仪具备现实价值。本装置以单片机为核心，搭配测距、光照采集、语音识别与触控显示模块，实现距离自动检测、亮度自适应补光、视标动态展示、语音交互和历史记录保存，摆脱对操作人员的依赖，被测者可以独立完成检测。该方案成本低廉、操作简单，能够降低人为判断带来的误差，方便定期开展视力自测，及时发现视力下降趋势，为近视早发现、早干预提供支撑，也能够填补低成本便携式动视力检测设备的空白，对普及基层眼健康筛查、完善青少年视力监测体系有着积极意义。

1.2 国内外研究现状

国内在视力检测装置方面的研究主要集中在静态视力筛查设备，很多方案依托单片机、嵌入式平台实现电子视力表的数字化显示，部分作品加入测距、亮度采集等功能，向着自动化方向发展。国内研究者大多立足于低成本、便携式的设计思路，适配校园批量筛查和家庭自测的需求，在硬件国产化、简化操作流程方面进展较快。但是多数研究的交互方式依旧以按键、触屏点击为主，语音交互的一体化方案不多。同时多数设备以静态视力检测为主，针对动视力检测的民用化装置较少，很多研究仅仅停留在实验室样机阶段，对光照自适应调光、多次检测数据掉电保存等细节功能整合不足，在实际使用场景下，容易受到环境光线变化的干扰，检测稳定性还有提升空间。国内相关研究更多关注筛查结果的输出，缺少面向儿童的无接触语音交互设计，对于无人值守自助检测场景的适配还有优化空间。

国外在视力检测领域起步更早，眼科检测设备体系完善，高端筛查仪器、动态视功能检测设备技术成熟，检测算法、光学成像方案精度较高，很多设备配套专业分析软件，能够对视觉追踪、动视力指标进行量化分析。国外相关研究偏向医疗级、科研级设备，多用于医院、视光实验室，设备造价高，系统架构复杂，并不适合普通家庭和基层校园大规模推广。国外也有基于手机、小型嵌入式平台的简易视力筛查方案，但是大多针对静态视力，面向普通用户的低成本动视力检测装置数量有限。此外，国外设备的交互逻辑、视力评判标准和国内常用标准存在差异，直接引进的设备并不适配国内校园筛查的需求，而且设备配套平台多为国外服务商，使用成本和使用门槛偏高。整体来看，国外设备精度领先，但成本高、通用性差，而国内的研究优势在于低成本、本土化适配，在语音自助、自适应补光、动视力检测的轻量化方案上还有持续探索的空间。

1.3 研究内容与方法

本研究设计一款自动化动视力测试装置，依托主控芯片搭建硬件采集与控制电路，搭建测距采集回路、光照采集回路、补光驱动回路、显示回路以及语音识别交互回路。研究围绕距离检测、环境亮度采集、亮度自动调节、视标控制、语音指令解析、数据存储等内容开展，完成硬件原理图设计、元器件选型、电路板焊接调试，编写嵌入式控制程序，实现距离实时监测，根据环境亮度自动调节补光灯亮度，屏幕动态展示不同大小、不同朝向的视标。依靠语音交互接收用户指令，自动完成检测流程，保存多组检测结果，断电后记录不会丢失。最后开展多组测试，验证距离采集、调光、语音识别、存储等功能，分析系统稳定性与检测误差，完成整套自助式动视力测试装置的调试与功能验证。