面向工程师的智能眼镜设计

李梦涵王晓慧

摘要：针对传统万用表个头较大较为笨重的缺点，本文结合光的反射定理的优势，设计了一种面向工程师的智能眼镜，采用信号检测与无线通信相结合的方式，将测量的电压值与电流值直观的显示到工程师眼前，解放了工程师的双手且提高了工作效率。通过搭建实验样机研究，本系统能够测量-25V-25V的电压值，-5A-5A的电流值，精确度为1%，基本实现“眼镜”功能。

关键词：信号检测；无线通信；光的反射定理

0引言

随着科学技术不断发展,未来的设备系统越来越复杂,功能也越来越齐全。在一个设备中用到的电子元器件数量和种类也都会越来越多,这无疑加大电子元器件检测的难度和工作量[1]。目前国内外普遍使用和推广的检测设备为万用表。作为极为重要的传统的电力检测设备，万用表也存在一定的缺陷和弊端，个头较大较为笨重，对于需要检测复杂电路的工程师不仅要用两只手固定表笔的位置，还要低头看万用表的示数，会降低工程师的工作效率。

面向工程师的智能眼镜瞄准传统万用表的缺点进行优化升级，将测量值准确清晰的显示在眼镜上，更自然直观方便使用。此外，面向工程师的智能眼镜经过优化处理之后还可以检测很多工程上的数据，比如波形等；且智能眼镜现已在诸多领域展示出其巨大的应用价值和发展潜力[2]，虚拟与现实的视觉交互越来越多地融入到了人们的生活中[3]，例如将眼镜与手机连接，通过通信设备传送手机显示的相关信息。方便小巧智能的眼镜不仅是工程师进行相关检测的得力助手，而且在日常生活中极大便利人们的生活。

1智能眼镜系统方案设计

1.1系统总体方案

本系统主控采用STM32，硬件电路由采集模块、通讯模块、电源模块、显示模块等组成。需要测量的电压值与电流值经信号检测模块传递给表笔中的主控进行处理，奖处理后的数据通过单射频收发芯片NRF2401发送给位于眼镜中的主控芯片处理后进行显示，最后将OLED显示屏上的结果反射到无色透明亚克力板上，从而直观的呈现在工程师眼前。

1.2系统硬件框图

图1系统硬件框图

2硬件设计

本系统硬件可分为主控模块、采集模块、通讯模块、显示模块、电源模块、3D外壳等几部分。为减小眼镜的体积与重量，主控模块采用自己画的STM32最小系统板，眼镜外壳根据自己设计的形状利用3D打印机进行打印，该技术使用激光光源将粉末逐层融化,融化的粉末再凝固时相互连接完成成型[4]，供电则采用轻便的锂电池。以下对采集模块、通讯模块、显示模块进行简要介绍。

2.1电压电流检测模块

本系统采用电阻分压以及康铜丝来进行电压电流的采集。图2（a）是电压档测量电压的工作过程，测量的电压值首先是通过15:1的电阻分压，然后经过加法器抬升1.5V供单片机采集；图2（b）是电流档测量电流的工作过程，测量的电流值首先是通过康铜丝转换为电压值，然后利用INA282固定扩大50倍，最后经过加法器抬升1.5V供单片机采集。无论是电流还是电压均要保证最后供单片机采集的电压在0-3V。

（a）电压检测模块

（b）电流检测模块

图2电压电流检测模块

2.2无线通讯模块

采用单射频收发芯片NRF2401来传递采集处理后的电压与电流值，实现表笔与眼镜中主控的无线通讯。NRF24L01是一款由NORDIC生产无线收发器芯片,工作于2.4GHz~2.5GHz的ISM频段上,采用GFSK调制,有125个通信频道,最高工作速率2Mbps,抗干扰能力强,适合工业控制场合的应用[5]。在实际应用中,还可根据需要将NRF240l组成一对一、一对多、多对多的结构。因此,该系统可以广泛应用于无线测控、文件传输、家庭无线应用、工业控制等场合[6]。

2.3显示模块

采用OLED配合透明亚克力板进行相关信息的显示，根据理论上光投影的最佳角度设计好亚克力板支架位置，使所测数据清晰的显示在人眼前，给人以较好的视觉效果。亚克力板具有透明度高，稳定性好等优点，经试验测试知其能够较好的投影OLED显示的内容。

3软件设计

本系统的主控有两块STM32，表笔上的主控用来处理采集到的电压电流值，眼镜上的主控用来处理与显示数据，两者利用单射频收发芯片NRF2401进行无线通讯，从而实现眼镜功能。系统软件设计框图如图3所示。

图3系统软件设计框图

4实验结果及分析

本系统进行测试时需要一台学生电源提供变化的电压跟电流。测试电压档时，学生电源设为电压恒定，输出电压从-25V到25V依次调节，观察眼镜显示的电压值是否与之相同。测试电流档时，先在学生电源两端串联一个大的滑动变阻器，再将学生电源设为电流恒定，输出电流从-5A到5A依次调节，观察眼镜显示的电流值是否与之相同。经实验测量误差均在允许范围内，满足预期实验结果。

5结语

通过不断调试与测试，我们最终得到了预期的实验结果。本系统能够准确测量-25V到25V的电压值与-5A到5A的电流值，精确度为1%，测量的电压值与电流值可以直观的显示到工程师眼前，解放了工程师的双手且提高了工作效率。本系统性能稳定，测试效果好，实时性强，能够较为准确的测量电压电流值，有较为广阔的发展空间。

参考文献

[1]林俊,胡颖.浅谈电子元器件检测及误差分析[J].电子世界,2019(04):32-33.

[2]杨新军,向艳,朱标,赵剑英.一种新颖的智能眼镜光学系统设计方法[J].应用光学,2018,39(06):815-820.

[3]华天.解锁多种AR应用爱普生AR智能眼镜[J].计算机与网络,2018,44(06):29.

[4]方浩博.基于数字光处理技术的3D打印设备研制[D].北京工业大学,2016.

[5]王小祥.浅谈NRF2401的应用[J].数字技术与应用,2017(08):106-107.

[6]隋绍勇,郑维广,张振邦.基于STM32F103和nRF24L01的近程无线数传系统设计[J].电子元器件应用,2010,12(12):15-17.