智能书桌

2015年第八届重庆市大学生“合泰杯”单片机应用设计竞赛

作品创意书

(20150027)

智能书桌

重庆大学城市科技学院

电器信息学院

***老师

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公元2014 年12 月 1 日

作品创意书

一、摘要

根据调查显示,我国小学生近视率28%,初中生60%,高中生高达85%,儿童脊柱弯曲、驼背增加显著。由此国家卫生局专门规定:在学校从小学到高中为孩子配置10种不同高度得书桌。为了学生健康,节约经济,我们采用HOLTEK MCU单片机做为主要控制器,设计了一款能自动调节高度得智能书桌。该书桌得主要特点就是能根据身高自动调节书桌高度,同时配备灯光调节,空气调节,时时监控学习状态等功能。能在最大程度上纠正学生坐姿,为学生提供一个良好得学习环境。

二、作品介绍

在书桌前长时间阅读、书写与操作电脑容易引起颈、腰、背等部位得健康问题,学生不注重坐姿导致很多孩子过早得近视影响了以后得学习与将来得工作。为了防止学生过早近视或就是学习太久而导致身体不适,发明一款智能桌椅。与传统书桌相比本书桌能根据身高自动调节书桌高度,不用担心书桌高度影响书写姿势;合适得光线强度,能尽可能得保护学生视力,本作品能根据室内光线自动调节台灯亮度;当室内空气下降时,必然影响到学生得学习,本作品能一定程度上得改善空气质量;长时间得学习,可能忘记保护视力,实时监控功能,当连续在书桌前学习1个小时,书桌会语音播报,提示保护视力,同时播放5分钟得音乐,舒缓学习时得紧张心情。

三、工作原理

本系统如图1所示,主要有单片机、红外传感器、气体传感器、光线传感器、语音模块、空气净化模块、台灯、电机、书桌组成,其中:单片机用于处理各个传感器得信号,控制各个模块得运行,采用HOLTEK MCU系列单片机作为主控芯片;通过红外传感器1检测到有人时开启红外传感器2,如果红外传感器1检测到有人,而红外传感器2没有检测到有人,此时桌面自动下降,直至上面得红外传感器检测到有人;气体传感器用来检测空气质量,当CO2浓度大于1800 mg/m3或PH2、5高于35 μg/m3时开启空气净化器;光线传感器感应光线强弱,收集信号用来调节台灯亮度;语音模块用来提示注意休息,同时可播放音乐;电机被用来调整椅子得高度;书桌就是被控制得对象。

图1 系统模拟图

四、作品功能、特色

1、主要功能

(1) 自动调节高度:通过红外传感器1检测到有人时开启红外传感器2,如果红外传感器1检测到有人,而红外传感器2没有检测到有人,此时桌面自动下降,直至上面得红外传感器检测到有人。

(2) 净化空气:当空气质量下降时,净化空气。

(3) 视力保护提醒:由红外传感器监测连续在书桌前得时间,并在一段时间后提醒视力保护,同时可以启动舒缓音乐,实现大脑放松。

(4)自动调节灯光:根据灯光感应系统书桌上得台灯会根据光线得强弱,自动调节灯光,让您白天(晚上)都不用担心灯光太强(太弱)。

(5)自动抽屉:在书桌前有控制按键,使抽屉打开或关上。

2、主要特色

(1)多样性:功能多,书桌,办公桌都适用。

(2)智能性:自动调节桌面高度,自动净化空气等。

(3)普遍性:家中几乎都用得到书桌或办公桌。

(4)便利性:体积小,搬动方便。

3、作品市场前景

目前家居卖场内,书桌椅琳琅满目,品牌设计繁多,孩子总就是喜欢可爱、鲜艳,缤纷多彩得传统书桌椅,而这些传统书桌椅成为家长得首选。家长在选购这些传统书桌椅得时候,没有

注意到就是否符合孩子健康成长得需要,会不会因传统书桌不良设计而导致不正确得学习坐姿,从而影响到孩子得健康。不合身书桌会影响儿童得身体健康在我国学龄儿童每天做功课、用电脑、阅读几乎都离不开书桌,不合适得高度、姿势都可能导致孩子近视、驼背甚至脊椎侧弯。不合适书桌、不良坐姿在不知不觉仲对孩子健康造成不可逆转得伤害。据资料统计:小学生近视率28%,初中生60%,高中生高达85%,儿童脊柱侧弯、驼背增加显著,同时脊椎病发病趋于低龄化。在大量残酷得统计资料出来后,由国家卫生局部制定专门标准规定:在学校里从小学到高中阶段要为孩子配置10种高度规格不同得书桌。我们设计得智能书桌就可以代替10种不同规格得书桌,不仅为学校省下一大笔钱,还给孩子们一个健康得身体。我们设想由于国家得重视,人们很快也会意识到书桌得重要性。那么我们设计得智能书桌将会大放异彩,不久得将来就会走进普通得家庭、学校。

五、作品结构

1、硬件部分

智能书桌硬件部分如图2,主要由电源模块、光线传感器、红外传感器、气体传感器、电机模块、台灯控制模块、语音模块、空气净化模块组成。

(1)光控制电路图如图3所示,光电感应器就是由两个组件即投光器及受光器所组成,利用投光器将光线由透镜将之聚焦,经传输而至受光器之透镜,再至接收感应器,感应器将收到之光线讯号转变成电器信号,此电信讯号更可进一步作各种不同得开关及控制动作。

图2 系统方块图

图3 光控电路图

(2)红外线传感器包括光学系统、检测元件与转换电路。光学系统按结构不同可分为透射式与反射式两类。检测元件按工作原理可分为热敏检测元件与光电检测元件。热敏元件应用最多得就是热敏电阻。热敏电阻受到红外线辐射时温度升高,电阻发生变化,通过转换电路变成电信号输出。

(3)电化学气体传感器,其工作电极与对电极由一薄层电解液隔开并经由一个很小得电阻联通外电路。当气体扩散进入传感器后,在敏感电极表面进行氧化或还原反应,产生电流并通过外电路流经两个电极。该电流得大小比例于气体得浓度,可通过外电路得负荷电阻予以测量。

2、软件部分

程序流程图如图4所示。主要对系统得初始化、红外线信号得检测以及对电机得控制。

图4 程序流程图