智能書桌PPT講解

智能書桌目錄01作品簡介page01-041系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案02072系統(tǒng)硬件及相關(guān)技術(shù)參數(shù)03133評(píng)測與結(jié)論04204背景思路作品簡介隨著升學(xué)壓力的提高，孩子的學(xué)習(xí)強(qiáng)度成倍增加，課余時(shí)間幾乎被寫不完的作業(yè)所占用，書桌成了孩子們離不開的“伙伴”。然而，昏暗的光照、閃爍的燈光、不正確的坐姿、不健康的用眼習(xí)慣變成一個(gè)個(gè)無情殺手極大地?fù)p傷了孩子們的視力，危害了眼睛健康。調(diào)查顯示由于家長工作忙碌而無法在孩子書寫作業(yè)時(shí)監(jiān)督提醒其養(yǎng)成良好的用眼習(xí)慣，中小學(xué)生佩戴眼鏡的比例正逐年增長，對(duì)孩子的成長造成了終身遺憾。在父母雙雙拼搏于職場的情況下，如何為課余時(shí)間失去監(jiān)管的孩子提供一個(gè)舒適健康、輔助監(jiān)管的學(xué)習(xí)環(huán)境以解決學(xué)習(xí)強(qiáng)度與用眼健康的矛盾已成為社會(huì)及所有家庭關(guān)注的焦點(diǎn)。此外，放假期間缺失監(jiān)管的年幼孩子的安全無法得到保障，孩子墜樓等不幸事件屢有發(fā)生，令忙于工作中的家長牽腸掛肚，深為擔(dān)憂。針對(duì)目前廣泛存在于孩子中的學(xué)習(xí)問題，研發(fā)了一款具有家長輔助監(jiān)控功能的智能型健康書桌，它以MSP430作為控制單元，將現(xiàn)代電子技術(shù)與傳統(tǒng)書桌相結(jié)合，具有實(shí)時(shí)檢測光照度自動(dòng)調(diào)節(jié)臺(tái)燈亮度保護(hù)視力、智能檢測坐姿報(bào)警提醒孩子用眼距離、自動(dòng)環(huán)境檢測調(diào)節(jié)桌椅溫度及風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、智能學(xué)習(xí)監(jiān)控短信提醒孩子學(xué)習(xí)計(jì)劃及通知家長關(guān)注孩子狀況等功能。

作品特點(diǎn)作品簡介1、智能調(diào)節(jié)桌面溫度對(duì)于學(xué)習(xí)環(huán)境的變化，潮濕，炎熱智能書桌將啟動(dòng)風(fēng)扇降溫，周圍溫度太低，桌面的加熱片便開始加熱，是使用者時(shí)鐘在舒適環(huán)境下學(xué)習(xí)。2、智能提醒正確坐姿當(dāng)孩子在學(xué)習(xí)過程中，對(duì)于孩子距離桌面太近，或是坐歪了將給予語音提醒。在缺乏家長監(jiān)督的情況下，書桌將智能保護(hù)孩子視力，糾正孩子的書寫姿勢(shì)。3、輔助家長監(jiān)控及學(xué)習(xí)計(jì)劃提醒本智能桌運(yùn)用SIM900A,實(shí)現(xiàn)了與使用者之間的通信功能，它支持第三方輸入，使用者可將自己一日的計(jì)劃輸入，系統(tǒng)將按時(shí)發(fā)送短信，提醒使用者所需做的事情。孩子獨(dú)自在家學(xué)習(xí)時(shí)若離開書桌半小時(shí)以上，書桌自動(dòng)向家長發(fā)送短信，提醒家長關(guān)注孩子安全。4、健康護(hù)眼低功耗臺(tái)燈為LED燈直流供電不會(huì)閃爍，能夠起到保護(hù)人眼的作用，而且不會(huì)招引蚊蟲。體現(xiàn)了綠色環(huán)保的宗旨。本項(xiàng)目中，其核心器件為MSP430單片機(jī)，它有著節(jié)能低功耗的優(yōu)勢(shì)。

系統(tǒng)工作模式作品簡介1、夜晚模式：在夜晚光線較弱時(shí)，若有孩子使用書桌，臺(tái)燈將自動(dòng)亮起，并且會(huì)根據(jù)書桌周圍的光強(qiáng)亮暗程度自動(dòng)調(diào)節(jié)臺(tái)燈亮度。2、冬季模式；冬天氣溫低，為使孩子不會(huì)因凍手影響學(xué)習(xí)，加熱板會(huì)自動(dòng)、加熱供暖保持一個(gè)舒適的學(xué)習(xí)工作環(huán)境。3、夏季模式:夏季炎熱孩子易出汗，使孩子產(chǎn)生躁動(dòng)，影響學(xué)習(xí)效率，這時(shí)散熱扇會(huì)自動(dòng)工作起來，排去燥熱。4、無人模式：孩子不在的時(shí)候課桌將進(jìn)入休眠，只有基本傳感器工作，節(jié)省電能，并且會(huì)發(fā)送給使用者監(jiān)督提示短信。通過不同的工作模式，智能桌將給孩子提供一個(gè)優(yōu)越健康，舒適的學(xué)習(xí)環(huán)境。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案本智能桌的控制設(shè)備由微處理器、傳感器模塊、控制功能模塊、輸出顯示模塊和短信發(fā)送模塊組成。微處理器采用低功耗的MSP430單片機(jī)；傳感器模塊由光強(qiáng)傳感器、人體紅外感應(yīng)器、超聲波及溫濕度傳感器等構(gòu)成；控制對(duì)象為LED臺(tái)燈亮度、臺(tái)板溫度、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、蜂鳴報(bào)警等；輸出顯示模塊采用LCD液晶屏，可把光照強(qiáng)度、溫度、濕度、人桌距離等基本信息反饋給用戶；短信發(fā)送模塊可輔助家長進(jìn)行監(jiān)控，用以定時(shí)提醒孩子學(xué)習(xí)計(jì)劃并及時(shí)通知家長關(guān)注孩子的異常狀況。系統(tǒng)在MSP430單片機(jī)控制下，通過多種傳感器的實(shí)時(shí)檢測獲取采樣數(shù)據(jù)，進(jìn)而判斷并控制臺(tái)燈、加熱板，風(fēng)扇、蜂鳴器等用電器的工作狀態(tài)。自制的穩(wěn)壓電路為整個(gè)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的工作電源。設(shè)計(jì)系統(tǒng)組成及其結(jié)構(gòu)布置如圖1，圖2所示。

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案檢測桌前是否有人微處理器人眼與桌面的距離檢測桌面溫度檢測風(fēng)扇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)臺(tái)板加熱控制臺(tái)燈亮度調(diào)節(jié)坐姿蜂鳴提醒輔助監(jiān)控以及提醒短信發(fā)送桌面周圍的溫濕度檢測課桌周圍光照強(qiáng)度檢測液晶顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)5V工作電源3V工作電源圖1系統(tǒng)組成框圖系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案圖2作品結(jié)構(gòu)布置LED護(hù)眼臺(tái)燈顯示屏（監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示）溫濕度傳感器熱釋電傳感器超聲波傳感器光強(qiáng)度傳感器監(jiān)控提醒短信發(fā)送音樂播放器散熱風(fēng)扇加熱片關(guān)鍵模塊方案設(shè)計(jì)與布局系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案1、臺(tái)燈亮度動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)模塊學(xué)習(xí)時(shí)對(duì)于環(huán)境的光線亮度有一定要求，低于一定光強(qiáng)度時(shí)便會(huì)對(duì)孩子的眼鏡造成傷害。所以本設(shè)計(jì)作品，在孩子學(xué)習(xí)時(shí)運(yùn)用光強(qiáng)傳感器GY-30不斷檢測光線亮度，當(dāng)光強(qiáng)低于280lux時(shí)，臺(tái)燈將自動(dòng)點(diǎn)亮，并且隨著光線不斷減弱，臺(tái)燈將實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，不斷增亮，使孩子能一直處于一個(gè)適宜學(xué)習(xí)的亮度環(huán)境下。2、坐姿檢測蜂鳴報(bào)警模塊讓孩子從小養(yǎng)成正確的學(xué)習(xí)坐姿是許多家長所關(guān)心的，但是大多數(shù)家長因工作而無法經(jīng)常提醒孩子養(yǎng)成良好的習(xí)慣。該智能桌則利用超聲波傳感器HC-SR04檢測孩子頭部與桌面的距離，超聲波模塊與桌面成45度的夾角，因?yàn)檎_寫作姿勢(shì)應(yīng)該首桌相距H=30~35cm，所以超聲波發(fā)射源距離與頭部距離L標(biāo)=H/Sin45°=(43~50)cm.L實(shí)=V聲*(T發(fā)-T收)/2；若實(shí)際檢測的L實(shí)<L標(biāo)=43cm,那么智能桌便給出蜂鳴報(bào)警提示距離過近。若在一定時(shí)間范圍內(nèi)超聲波未檢測到反射波則將給予蜂鳴報(bào)警提示孩子應(yīng)該坐正。圖3坐姿檢測示意圖45°超聲波模塊桌體30~35cm關(guān)鍵模塊方案設(shè)計(jì)與布局系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案3、桌椅保溫設(shè)計(jì)考慮到寒冷季節(jié)，環(huán)境溫度會(huì)影響到孩子學(xué)習(xí)的效率，本設(shè)計(jì)運(yùn)用DS18B20溫度傳感器檢測環(huán)境溫度。當(dāng)檢測到環(huán)境溫度T<15度，那么桌面的加熱片開始工作，并且也會(huì)依據(jù)房間溫度的變化,加熱片在35度~45度之間動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。4、環(huán)境溫濕度調(diào)節(jié)對(duì)于天氣比較炎熱的情況下，我們考慮了用DHT11來檢測環(huán)境溫濕度，當(dāng)空氣潮濕，溫度高時(shí)就會(huì)驅(qū)動(dòng)散熱扇工作，達(dá)到降溫，除濕的作用，給孩子提供良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。關(guān)鍵模塊方案設(shè)計(jì)與布局系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案5、提醒短信服務(wù)為使家長能在孩子單獨(dú)在家時(shí)獲得孩子的安全情況，課桌設(shè)有熱釋電傳感器，當(dāng)檢測到孩子離開智能桌時(shí)，運(yùn)用軟件編程進(jìn)入定時(shí)狀態(tài)，若半個(gè)小時(shí)過去后，孩子依然未回到桌前，則無線通信SIM900則會(huì)發(fā)送提醒短信給家長，提醒家長關(guān)注孩子在家安全狀況。此外，還會(huì)將孩子制定的日常學(xué)習(xí)計(jì)劃定時(shí)發(fā)送給家長便于監(jiān)督孩子單獨(dú)在家的情況。6、視力健康保護(hù)設(shè)計(jì)方案中還有一大亮點(diǎn)便是考慮到綠色環(huán)保的問題，臺(tái)燈選擇使用LED燈，它由直流供電，發(fā)光時(shí)不會(huì)閃爍，起到了保護(hù)眼睛的作用。系統(tǒng)硬件及相關(guān)技術(shù)參數(shù)系統(tǒng)硬件及相關(guān)技術(shù)參數(shù)1、微處理器電路本項(xiàng)目選擇了TI公司MSP430G2553這款單片機(jī)，它具有極低的功耗、豐富的片內(nèi)外設(shè)和方便靈活的開發(fā)手段。本次智能桌的設(shè)計(jì)中其作為核心部件發(fā)揮著關(guān)鍵作用，也是設(shè)計(jì)中一大亮點(diǎn)。圖4單片機(jī)最小系統(tǒng)系統(tǒng)硬件及相關(guān)技術(shù)參數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案2、光照強(qiáng)度檢測電路GY-30光照度范圍：0-65535lux傳感器內(nèi)置16bitAD轉(zhuǎn)換器直接數(shù)字輸出，省略復(fù)雜的計(jì)算。本次設(shè)計(jì)運(yùn)用了GY-30對(duì)課桌周圍環(huán)境亮度的檢測，并從其反饋數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)的的調(diào)節(jié)臺(tái)燈的亮暗。而檢測到的數(shù)據(jù)通過將高八位乘256加低八位返回出來。讀取值=實(shí)際值*透光率實(shí)際值=測量值/(1.2*透光率*高精度模式2調(diào)整值)圖5光照強(qiáng)度檢測電路原理示意圖3.3v工作電源GY-30MSP430P1.3SCLSDAP1.4系統(tǒng)硬件及相關(guān)技術(shù)參數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案3、坐姿檢測電路HC-SR04超聲波測距模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達(dá)高到3mm；模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。硬件設(shè)計(jì)中，由LM2940穩(wěn)壓芯片提供5v電壓，TRIG接P1.0口作為觸發(fā)信號(hào)輸入端，ECHO接P1.2口為回響信號(hào)端。模塊發(fā)送8個(gè)40KHZ的方波，當(dāng)信號(hào)返回P1.2持續(xù)為高電平，其持續(xù)時(shí)間即為波從發(fā)射到返回的時(shí)間。測試距離=(高電平時(shí)間*聲速(340M/S))/2。故我們用此測量人體與桌體距離。HC-SR04孩子身體MSP430處理器LCD顯示屏ECHOP1.0P1.2超聲波接收超聲波發(fā)射TRIG圖7坐姿檢測電路原理示意圖系統(tǒng)硬件及相關(guān)技術(shù)參數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案4、環(huán)境溫濕度檢測電路DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。DHT11數(shù)字溫度、濕度傳感器是一款有已經(jīng)校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫度、濕度傳感器。本次設(shè)計(jì)中運(yùn)用了DHT11對(duì)智能桌周圍環(huán)境溫濕度進(jìn)行測量。為使DHT11正常工作，需其正確復(fù)位。humi(濕度)=byte4.byte3=45.0(％RH)temp(溫度)=byte2.byte1=28.0(℃)（校驗(yàn))=byte4+byte3+byte2+byte1=73(=humi+temp)(校驗(yàn)正確)系統(tǒng)硬件及相關(guān)技術(shù)參數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案5、桌椅溫度檢測電路DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳TO－92小體積封裝形式；溫度測量范圍為－55℃～＋125℃,可編程為9位～12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達(dá)0.0625℃，被測溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出。CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，減輕MSP430的引腳分配負(fù)擔(dān)。此次我們采用外接電源供電方式外部電源供電方式是DS18B20最佳的工作方式，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，而且電路也比較簡單，可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)。我們應(yīng)用其與智能桌面，檢測桌面溫度，當(dāng)達(dá)到設(shè)定閾值風(fēng)扇將依據(jù)溫度的升降動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。P2.2DQ圖9桌椅溫度檢測電路示意圖3.3V工作電源MSP430DS18B20LCD51103.3V系統(tǒng)硬件及相關(guān)技術(shù)參數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案6、檢測參數(shù)顯示電路Nokia5110性價(jià)比高，Nokia5110可以顯示15個(gè)漢字，30個(gè)字符。Nokia5110裸屏僅8.8元，接口簡單，僅四根I/O線即可驅(qū)動(dòng)，LCD1602需11根I/O線，LCD12864需12根。在考慮I/O口分配等問題后選擇LCD5110。LCD5110系統(tǒng)中顯示模塊，作為系統(tǒng)與使用者的信息交流平臺(tái)，第二行TM是溫度RH是濕度值，第三行dis：人是人眼距離桌面的距離，第四行tem：桌面溫度值。第五行為桌周光強(qiáng)亮度。并且顯示“***”與“&&&”的交替變換來告訴使用者數(shù)據(jù)在不斷更新。圖10LCD5110液晶顯示檢測數(shù)據(jù)系統(tǒng)硬件及相關(guān)技術(shù)參數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案7、實(shí)時(shí)顯示及監(jiān)督短信發(fā)送電路DS1302是DALLAS公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片；內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM可通過簡單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信可提供:秒分時(shí)日日期月年的信息每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整可通過AM/PM指示決定采用24或12小時(shí)格式。保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于1mW。在本書桌中實(shí)現(xiàn)的功能是通過1302芯片在5110顯示屏上顯示日期和時(shí)間，如圖11所示。SIM900A模塊是一款尺寸緊湊的GSM/GPRS模塊，采用SMT封裝，基于STE的單芯片案，采用ARM926EJ-S架構(gòu),性能強(qiáng)大，可以內(nèi)置客戶應(yīng)用程序?？蓮V泛應(yīng)用于無線POS、手持PDA、智能抄表與電力監(jiān)控等眾多方向。智能桌中通過適配器輸出5V電壓，再經(jīng)LM2596穩(wěn)壓電路輸出SIM900A的工作電壓4.2伏供SIN900A正常工作。但是其發(fā)送短信還需要上文提到的DS1302定時(shí)通過時(shí)鐘控制短信模塊在指定的時(shí)間發(fā)送短信。8、工作電源電路本智能桌的正常工作需要用到3.3伏，5伏與4.2伏。設(shè)計(jì)中用到了12伏，穩(wěn)壓適配器，LM29405伏穩(wěn)壓芯片，AMS11173.3伏穩(wěn)壓芯片，LM2596開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器。其中4.2V有LM2596調(diào)出。根據(jù)公示Vout=VREF*(1+R2/R1),R1為1K，R2可調(diào)。圖11LCD5110實(shí)時(shí)顯示實(shí)物圖操作演示說明評(píng)測與結(jié)論本智能控制系統(tǒng)在無人狀態(tài)下保持低功耗狀態(tài)，但CPU保持喚醒狀態(tài)，但檢測到有人靠近書桌是系統(tǒng)開始工作，依次判斷室內(nèi)環(huán)境光照度。選擇是否打開臺(tái)燈，然后判斷室溫狀況，選擇是打開風(fēng)扇降溫還是選擇加熱板給書桌和凳子加熱，若溫度適宜這不需要打開風(fēng)扇和加熱板。當(dāng)使用者正常使用書桌時(shí)，能及時(shí)判斷使用者的坐姿是否正確并做出溫馨的提醒。此外還可以對(duì)使用者進(jìn)行一定程度上的監(jiān)督，比如使用者在使用過程中無端離開過長時(shí)間，會(huì)主動(dòng)發(fā)出短信提醒回到學(xué)習(xí)狀態(tài)。這項(xiàng)功能主要是面向兒童的，讓家長可以遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)關(guān)注孩子的學(xué)習(xí)狀態(tài)。系統(tǒng)評(píng)測評(píng)測與結(jié)論1、自動(dòng)調(diào)光功能測評(píng)該部分利用在不同環(huán)境亮度下實(shí)時(shí)觀測，我們明顯可以看出在不同環(huán)境下，臺(tái)燈的亮度是不同的，所以看出來在亮度不同的環(huán)境下臺(tái)燈亮度的自行調(diào)解已經(jīng)得以實(shí)