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1、,智能书桌,目录,背景思路,作品简介,随着升学压力的提高，孩子的学习强度成倍增加，课余时间几乎被写不完的作业所占用，书桌成了孩子们离不开的“伙伴”。然而，昏暗的光照、闪烁的灯光、不正确的坐姿、不健康的用眼习惯变成一个个无情杀手极大地损伤了孩子们的视力，危害了眼睛健康。调查显示由于家长工作忙碌而无法在孩子书写作业时监督提醒其养成良好的用眼习惯，中小学生佩戴眼镜的比例正逐年增长，对孩子的成长造成了终身遗憾。在父母双双拼搏于职场的情况下，如何为课余时间失去监管的孩子提供一个舒适健康、辅助监管的学习环境以解决学习强度与用眼健康的矛盾已成为社会及所有家庭关注的焦点。此外，放假期间缺失监管的年幼孩子的安全
2、无法得到保障，孩子坠楼等不幸事件屡有发生，令忙于工作中的家长牵肠挂肚，深为担忧。针对目前广泛存在于孩子中的学习问题，研发了一款具有家长辅助监控功能的智能型健康书桌，它以MSP430作为控制单元，将现代电子技术与传统书桌相结合，具有实时检测光照度自动调节台灯亮度保护视力、智能检测坐姿报警提醒孩子用眼距离、自动环境检测调节桌椅温度及风扇转速、智能学习监控短信提醒孩子学习计划及通知家长关注孩子状况等功能。,作品特点,作品简介,1、智能调节桌面温度 对于学习环境的变化，潮湿，炎热智能书桌将启动风扇降温，周围温度太低，桌面的加热片便开始加热，是使用者时钟在舒适环境下学习。2、智能提醒正确坐姿 当孩子在学
3、习过程中，对于孩子距离桌面太近，或是坐歪了将给予语音提醒。在缺乏家长监督的情况下，书桌将智能保护孩子视力，纠正孩子的书写姿势。3、辅助家长监控及学习计划提醒 本智能桌运用SIM900A,实现了与使用者之间的通信功能，它支持第三方输入，使用者可将自己一日的计划输入，系统将按时发送短信，提醒使用者所需做的事情。孩子独自在家学习时若离开书桌半小时以上，书桌自动向家长发送短信，提醒家长关注孩子安全。4、健康护眼低功耗 台灯为LED灯直流供电不会闪烁，能够起到保护人眼的作用，而且不会招引蚊虫。体现了绿色环保的宗旨。本项目中，其核心器件为MSP430单片机，它有着节能低功耗的优势。,系统工作模式,作品简介
4、,1、夜晚模式：在夜晚光线较弱时，若有孩子使用书桌，台灯将自动亮起，并且会根据书桌周围的光强亮暗程度自动调节台灯亮度。2、冬季模式；冬天气温低，为使孩子不会因冻手影响学习，加热板会自动、加热供暖保持一个舒适的学习工作环境。3、夏季模式:夏季炎热孩子易出汗，使孩子产生躁动，影响学习效率，这时散热扇会自动工作起来，排去燥热。4、无人模式：孩子不在的时候课桌将进入休眠，只有基本传感器工作，节省电能，并且会发送给使用者监督提示短信。通过不同的工作模式，智能桌将给孩子提供一个优越健康，舒适的学习环境。,系统总体设计,系统设计方案,本智能桌的控制设备由微处理器、传感器模块、控制功能模块、输出显示模块和短信
5、发送模块组成。微处理器采用低功耗的MSP430单片机；传感器模块由光强传感器、人体红外感应器、超声波及温湿度传感器等构成；控制对象为LED台灯亮度、台板温度、风扇转速、蜂鸣报警等；输出显示模块采用LCD液晶屏，可把光照强度、温度、湿度、人桌距离等基本信息反馈给用户；短信发送模块可辅助家长进行监控，用以定时提醒孩子学习计划并及时通知家长关注孩子的异常状况。系统在MSP430单片机控制下，通过多种传感器的实时检测获取采样数据，进而判断并控制台灯、加热板，风扇、蜂鸣器等用电器的工作状态。自制的稳压电路为整个系统提供稳定的工作电源。设计系统组成及其结构布置如图1，图2所示。,系统总体设计,系统设计方案
6、,系统总体设计,系统设计方案,关键模块方案设计与布局,系统设计方案,1、台灯亮度动态调节模块 学习时对于环境的光线亮度有一定要求，低于一定光强度时便会对孩子的眼镜造成伤害。所以本设计作品，在孩子学习时运用光强传感器GY-30不断检测光线亮度，当光强低于280lux 时，台灯将自动点亮，并且随着光线不断减弱，台灯将实现动态调节，不断增亮，使孩子能一直处于一个适宜学习的亮度环境下。2、坐姿检测蜂鸣报警模块 让孩子从小养成正确的学习坐姿是许多家长所关心的，但是大多数家长因工作而无法经常提醒孩子养成良好的习惯。该智能桌则利用超声波传感器HC-SR04检测孩子头部与桌面的距离，超声波模块与桌面成45度的
7、夹角，因为正确写作姿势应该首桌相距H=3035cm，所以超声波发射源距离与头部距离L标=H/Sin45=(4350)cm.L实=V声*(T发-T收)/2；若实际检测的L实L标=43cm,那么智能桌便给出蜂鸣报警提示距离过近。若在一定时间范围内超声波未检测到反射波则将给予蜂鸣报警提示孩子应该坐正。,关键模块方案设计与布局,系统设计方案,3、桌椅保温设计 考虑到寒冷季节，环境温度会影响到孩子学习的效率，本设计运用DS18B20温度传感器检测环境温度。当检测到环境温度T15度，那么桌面的加热片开始工作，并且也会依据房间温度的变化,加热片在35度45度之间动态调节。4、环境温湿度调节 对于天气比较炎热
8、的情况下，我们考虑了用DHT11来检测环境温湿度，当空气潮湿，温度高时就会驱动散热扇工作，达到降温，除湿的作用，给孩子提供良好的学习环境。,关键模块方案设计与布局,系统设计方案,5、提醒短信服务 为使家长能在孩子单独在家时获得孩子的安全情况，课桌设有热释电传感器，当检测到孩子离开智能桌时，运用软件编程进入定时状态，若半个小时过去后，孩子依然未回到桌前，则无线通信SIM900则会发送提醒短信给家长，提醒家长关注孩子在家安全状况。此外，还会将孩子制定的日常学习计划定时发送给家长便于监督孩子单独在家的情况。6、视力健康保护设计方案中还有一大亮点便是考虑到绿色环保的问题，台灯选择使用LED灯，它由直流
9、供电，发光时不会闪烁，起到了保护眼睛的作用。,系统硬件及相关技术参数,系统硬件及相关技术参数,1、微处理器电路 本项目选择了TI公司MSP430G2553这款单片机，它具有极低的功耗、丰富的片内外设和方便灵活的开发手段。本次智能桌的设计中其作为核心部件发挥着关键作用，也是设计中一大亮点。,图4 单片机最小系统,系统硬件及相关技术参数,系统设计方案,2、光照强度检测电路 GY-30光照度范围：0-65535 lux传感器内置16bitAD转换器直接数字输出，省略复杂的计算。本次设计运用了GY-30对课桌周围环境亮度的检测，并从其反馈数据动态的的调节台灯的亮暗。而检测到的数据通过将高八位乘256加
10、低八位返回出来。读取值=实际值*透光率 实际值=测量值/(1.2*透光率*高精度模式2调整值),系统硬件及相关技术参数,系统设计方案,3、坐姿检测电路 HC-SR04超声波测距模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。硬件设计中，由LM2940稳压芯片提供5v电压，TRIG接P1.0口作为触发信号输入端，ECHO接P1.2口为回响信号端。模块发送8个40KHZ的方波，当信号返回P1.2持续为高电平，其持续时间即为波从发射到返回的时间。测试距离=(高电平时间*声速(340M/S)/2。故我们用此测量人体与桌体距离。,系统硬
11、件及相关技术参数,系统设计方案,4、环境温湿度检测电路 DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。DHT11数字温度、湿度传感器是一款有已经校准数字信号输出的温度、湿度传感器。本次设计中运用了DHT11对智能桌周围环境温湿度进行测量。为使DHT11正常工作，需其正确复位。,humi(湿度)=byte4.byte3=45.0(RH)temp(温度)=byte2.byte1=28.0()（校验)=byte4+byte3+byte2+byte1=73(=humi+temp)(校验正确),系统硬件及相关技术参数,系统设计方案,5、桌椅温度检测电路 DS18B20是DAL
12、LAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO92小体积封装形式；温度测量范围为55125,可编程为9位12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出。CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，减轻 MSP430的引脚分配负担。此次我们采用外接电源供电方式外部电源供电方式是DS18B20最佳的工作方式，工作稳定可靠，抗干扰能力强，而且电路也比较简单，可以开发出稳定可靠的点温度监控系统。我们应用其与智能桌面，检测桌面温度，当达到设定阈值风扇将依据温度的升降动态调节转速。,系统硬件及相关技术参数,系统设计方案,6
13、、检测参数显示电路 Nokia5110性价比高，Nokia5110可以显示15个汉字，30个字符。Nokia5110裸屏仅8.8元，接口简单，仅四根I/O线即可驱动，LCD1602需11根I/O线，LCD12864需12根。在考虑I/O口分配等问题后选择LCD5110。LCD5110系统中显示模块，作为系统与使用者的信息交流平台，第二行TM是温度RH是湿度值，第三行dis：人是人眼距离桌面的距离，第四行tem：桌面温度值。第五行为桌周光强亮度。并且显示“*”与“&”的交替变换来告诉使用者数据在不断更新。,图10 LCD5110液晶显示检测数据,系统硬件及相关技术参数,系统设计方案,7、实时显示
14、及监督短信发送电路 DS1302 是 DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片；内含有一个实时时钟/日历和 31 字节静态 RAM可通过简单的串行接口与单片机进行通信可提供:秒分时日日期月年的信息每月的天数和闰年的天数可自动调整可通过 AM/PM 指示决定采用 24 或 12 小时格式。保持数据和时钟信息时功率小于 1mW。在本书桌中实现的功能是通过1302芯片在5110显示屏上显示日期和时间，如图11所示。SIM900A模块是一款尺寸紧凑的GSM/GPRS模块，采用SMT封装，基于STE的单芯片案，采用ARM926EJ-S架构,性能强大，可以内置客户应用程序。可广泛应用于无线POS、手持PD
15、A、智能抄表与电力监控等众多方向。智能桌中通过适配器输出5V电压，再经LM2596稳压电路输出SIM900A的工作电压4.2伏供SIN900A正常工作。但是其发送短信还需要上文提到的DS1302定时通过时钟控制短信模块在指定的时间发送短信。8、工作电源电路 本智能桌的正常工作需要用到3.3伏，5伏与4.2伏。设计中用到了12伏，稳压适配器，LM2940 5伏稳压芯片，AMS1117 3.3伏稳压芯片，LM2596开关电压调节器。其中4.2V有LM2596调出。根据公示Vout=VREF*(1+R2/R1),R1为1K，R2可调。,图11 LCD5110实时显示实物图,操作演示说明,评测与结论,
16、本智能控制系统在无人状态下保持低功耗状态，但CPU保持唤醒状态，但检测到有人靠近书桌是系统开始工作，依次判断室内环境光照度。选择是否打开台灯，然后判断室温状况，选择是打开风扇降温还是选择加热板给书桌和凳子加热，若温度适宜这不需要打开风扇和加热板。当使用者正常使用书桌时，能及时判断使用者的坐姿是否正确并做出温馨的提醒。此外还可以对使用者进行一定程度上的监督，比如使用者在使用过程中无端离开过长时间，会主动发出短信提醒回到学习状态。这项功能主要是面向儿童的，让家长可以远程实时关注孩子的学习状态。,系统评测,评测与结论,1、自动调光功能测评 该部分利用在不同环境亮度下实时观测，我们明显可以看出在不同环
17、境下，台灯的亮度是不同的，所以看出来在亮度不同的环境下台灯亮度的自行调解已经得以实现。,图17 台灯自动调节评测,系统评测,评测与结论,2、坐姿提示功能测评 实验中，当我们坐正时，蜂鸣器不报警，但是当我们把头低的过低、仰的太高或者坐姿不正身体侧倾，都引起了蜂鸣器的报警，因此该功能经测评已完全实现3、温度调节功能测评 实验中，我们用吹风机对温湿度传感器周围温度进行加热，散热扇在达到设定值时电机启动，并能够自动调节转速。4、短信发送功能测评 将制定的计划输入到智能书桌系统后，确实在预定的时间收到设定的短信，虽然时间稍做延迟，但是该功能成功被实现。,结论与发展前景,评测与结论,本项目设计的灵活的运用
18、各种传感器，对智能桌进环境检测，并有效的的利用所测得的数据实现方案设计的任务。不仅方便孩子学习，也方便家长监督孩子学习生活。该书桌具有广泛的应用前景以及较大的市场推广潜力。随着社会的发展，现代城市家庭有越来越多的三口之家，父母都需要上班，许多的孩子经常面临一个人在家学习的情况。孩子在家的学习生活状态父母不能实时的掌握。本书桌可以很好地监督孩子的学习状况。同时，针对这一不断增长的市场，本书桌智能控制系统还可以进行产品的扩展以及其他相关产品的开发，以相对经济的方式实现智能家居生活。,智能书桌整体效果展示,设计作品展示,简易桌椅加热片,设计作品展示,红色个性台灯展示,检测参数显示,THANKS,For You A Thousand Times Over,
