辦公室自動(dòng)提醒站立座墊設(shè)計(jì)

徐佳韻 楊晨昕

（上海海事大學(xué)物流工程學(xué)院，中國(guó) 上海201306）

0 引言

（1）課題背景

上班族和學(xué)生長(zhǎng)時(shí)間地坐在坐椅上，體位相對(duì)固定，姿勢(shì)較少變化，腰部肌肉常處于某個(gè)方向的緊張狀態(tài)，這類人群常常腰椎間盤突出癥的多發(fā)，常有腰骶部疼痛癥狀，疼痛可輕可重。輕的時(shí)候，久坐后才產(chǎn)生癥狀；重的痛不可忍，臥床不起，稍動(dòng)就痛，翻身也極為困難。而且他們整天待在辦公室里，在“享受”空氣污染、電子污染的同時(shí)，雙腿長(zhǎng)期閑置，會(huì)導(dǎo)致下半身越坐越寬。由于缺乏陽(yáng)光與運(yùn)動(dòng)，不僅會(huì)面色蒼白、缺少活力、腰酸背痛、身材走樣，一旦脂肪囤積過(guò)多，很容易造成心臟、血管方面的疾病，如高血壓、動(dòng)脈硬化等，還增加了結(jié)腸癌、高血壓、骨質(zhì)疏松、抑郁和焦慮癥的發(fā)生。

而且如今的辦公座墊都是偷工減料，多數(shù)用粗糙的海綿和棉外套組合而成。長(zhǎng)時(shí)間坐著不僅不能改善舒適度還會(huì)給我們的身體健康帶來(lái)不良的影響。且經(jīng)不起時(shí)間的考驗(yàn)，一個(gè)季節(jié)過(guò)去一個(gè)座墊就差不多報(bào)廢了。在此社會(huì)環(huán)境背景下，我們?cè)O(shè)計(jì)開發(fā)一種有創(chuàng)新意義的，能夠?qū)崿F(xiàn)聲和震動(dòng)定時(shí)提醒站立的保健電子座墊，解決白領(lǐng)辦公人員長(zhǎng)時(shí)間坐著工作，影響身體健康的問(wèn)題。設(shè)計(jì)的電子座墊能夠定時(shí)提醒工作人員工作一段時(shí)間后站立活動(dòng)，調(diào)整身體姿勢(shì)，保證身體健康。電子座墊提醒時(shí)間可調(diào)，座墊設(shè)計(jì)有機(jī)械振動(dòng)按摩和提醒裝置。而且我們的座墊主要采用回彈較慢的記憶海綿，棉花和優(yōu)質(zhì)美觀外套為原材料一部分。保證了座墊智能的同時(shí)，也保證了它的舒適性和美觀度。相信只要再盡心研制和結(jié)合市場(chǎng)，未來(lái)一定會(huì)受歡迎。

（2）研究思路

此課題先通過(guò)對(duì)目前市場(chǎng)的各類按摩座墊和提醒裝置進(jìn)行了解，分析現(xiàn)有產(chǎn)品的缺陷和可改裝之處。接下來(lái)根據(jù)一些提醒裝置的設(shè)計(jì)和現(xiàn)有資料的參考，分析我們這個(gè)項(xiàng)目產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，電路設(shè)計(jì)，測(cè)定各種力和電的數(shù)據(jù)，確定自己的能力，制定可執(zhí)行性高的計(jì)劃方案，編制出合理的時(shí)間進(jìn)度安排進(jìn)行。

（3）創(chuàng)新點(diǎn)

這是市面上肯定還沒出現(xiàn)過(guò)的一種辦公座墊，又可以說(shuō)是智能產(chǎn)品。這款座墊可根據(jù)使用者需求自動(dòng)設(shè)定提醒時(shí)間，進(jìn)行震動(dòng)和聲音的提醒，且座墊舒適時(shí)尚。傳統(tǒng)的辦公坐墊只是用來(lái)墊高，使坐著舒服的作用。有些坐墊的材質(zhì)選料不好沒達(dá)到保健目的，長(zhǎng)期使用反而會(huì)危害人體健康。而經(jīng)過(guò)我們創(chuàng)新設(shè)計(jì)的坐墊，不僅擁有傳統(tǒng)辦公坐墊的舒適感，還可以稱為是智能的一款產(chǎn)品。坐墊的外部棉套是可以拆洗的，以防止長(zhǎng)期使用產(chǎn)生的細(xì)菌對(duì)身體健康不益。此坐墊專門為長(zhǎng)時(shí)間使用電腦的工作人員設(shè)計(jì)，外觀大小控制在30×30×8cm左右。座墊內(nèi)部使用51單片機(jī)和振子工作，通過(guò)USB口發(fā)送信號(hào)給電腦，與電腦的定時(shí)軟件連用。填充材料選用人體感覺最舒適的材料——記憶棉，以及保護(hù)震動(dòng)模塊和單片機(jī)的發(fā)泡塑料，電源采用USB的5V供電。目前來(lái)說(shuō)，我們是基本上簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)并且制作出一款新穎的智能實(shí)用且低成本的保健產(chǎn)品。

1 研究方法與過(guò)程

1.1 概述

設(shè)計(jì)開發(fā)一種能夠?qū)崿F(xiàn)聲和震動(dòng)定時(shí)提醒站立的保健電子座墊，解決白領(lǐng)辦公人員長(zhǎng)時(shí)間坐著工作，影響身體健康的問(wèn)題。設(shè)計(jì)的電子座墊提醒時(shí)間可調(diào)，可以選用聲、光、等提醒方式，座墊設(shè)計(jì)有機(jī)械振動(dòng)按摩和提醒裝置。我們認(rèn)為電子座墊在提醒功能、提醒方式上和用途上具有新意。

在理論分析的基礎(chǔ)上，充分利用單片機(jī)和電子控制方面的成熟技術(shù)和元器件，設(shè)計(jì)和制作滿足要求的辦公室自動(dòng)提醒站立保健坐墊。研發(fā)過(guò)程中，將各相關(guān)部分分模塊研究，在各模塊工作正常的情況下再進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)。

1．2 計(jì)劃步驟

實(shí)際步驟：查閱學(xué)習(xí)單片機(jī)資料—學(xué)習(xí)基于MFC的C++6.0軟件設(shè)計(jì)—設(shè)計(jì)座墊內(nèi)部振子的排布與舒適度—運(yùn)用CAD軟件畫出座墊的設(shè)計(jì)圖—一方面編寫定時(shí)軟件一方面測(cè)試座墊內(nèi)振子連接的可靠性—完成單片機(jī)程序調(diào)試—組裝座墊內(nèi)各部分器件達(dá)到聲音與震動(dòng)提醒效果—人體測(cè)試。

1．3 設(shè)計(jì)方案

以keil4,Visual C ++6.0,STC_ISP等工具和普中單片機(jī)開發(fā)板，震動(dòng)器元件制作出聲，震動(dòng)的辦公室用提醒座墊。具體是在座墊內(nèi)部安裝了普中51單片機(jī)開發(fā)板，選用STC89C52RC單片機(jī)，采用電腦USB的5V供電。設(shè)計(jì)了一款用于電腦的定時(shí)提醒軟件與單片機(jī)通信，達(dá)到人工可調(diào)計(jì)時(shí)和觸發(fā)單片機(jī)工作達(dá)到提醒的目的。最后用紅外線遙控器關(guān)閉聲音和震動(dòng)的提示。

2 研究結(jié)論與成果

2.1 研究結(jié)論

座墊外觀大小控制在30×30×8cm左右，與市場(chǎng)上現(xiàn)有的辦公座墊形狀大小基本無(wú)大差異。座墊內(nèi)部使用普中的HC6800-VS1.1開發(fā)板、芯片為STC89C52RC的單片機(jī)工作。通過(guò)USB口與電腦進(jìn)行串口通信。在使用者坐下并打開電腦定時(shí)提醒器后，電腦上的軟件接受到信號(hào)開始計(jì)時(shí)并收到單片機(jī)開機(jī)工作的信號(hào)，到預(yù)設(shè)定時(shí)間后將此信號(hào)數(shù)據(jù)通過(guò)USB口返回給座墊內(nèi)的PCB電路板，然后單片機(jī)控制作出通過(guò)蜂鳴器發(fā)聲和打開直流電機(jī)引腳電壓使振子工作震動(dòng)的反應(yīng)。然后需要使用者站起來(lái)用遙控紅外關(guān)閉提醒裝置，同時(shí)電腦程序進(jìn)行時(shí)間的重置。基于安全性與使用方便性的考慮，座墊電源采用USB的5V供電。內(nèi)部排線組裝具體為：?jiǎn)纹瑱C(jī)置于坐墊底部，用發(fā)泡塑料包好，做掉套發(fā)泡塑料中挖出一個(gè)孔連出usb連接線，發(fā)泡塑料挖出一個(gè)孔連接振子電路的正負(fù)極電線，同時(shí)坐墊套與發(fā)泡塑料挖出另一個(gè)孔讓紅外線感應(yīng)接收信號(hào)。坐墊海綿上表面挖出兩個(gè)孔放置振子，將單片機(jī)通出的電路正負(fù)極并聯(lián)振子并放入兩個(gè)孔中。

我們始終堅(jiān)持了自由選擇提醒時(shí)間段，讓使用者青睞的舒適保健坐墊通過(guò)溫和的音樂(lè)與按摩般的震動(dòng)來(lái)提醒該站起來(lái)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)或者休息會(huì)，達(dá)到改善使用者身體健康的目的。依靠方便可靠的單片機(jī)就掌握了聲音和震動(dòng)同時(shí)的雙重提醒，內(nèi)部裝置簡(jiǎn)易卻實(shí)用，使用著們?nèi)菀咨鲜帧Ｇ页杀静桓摺?/p>

2．2 未來(lái)改進(jìn)方向

由于時(shí)間的不充足和團(tuán)隊(duì)缺乏經(jīng)驗(yàn)?zāi)芰?，未能達(dá)到最初想要設(shè)計(jì)的聲、光、震動(dòng)一體化。只能達(dá)到聲音和震動(dòng)的提醒。而且這樣一種設(shè)計(jì)有一些不夠完善和全自動(dòng)的地方，比如USB信息傳遞可能由于人為的因素收到干擾，致使信息采集不是很精確，由于USB接口與電腦相連，有時(shí)候可能由于電腦的故障需要重新啟動(dòng)USB接收系統(tǒng)，還有就是需要電腦保持一直打開的狀態(tài)才能持續(xù)穩(wěn)定的工作。未來(lái)可以在坐墊內(nèi)部可以布置特殊的某種傳感器裝置之類的器件，這樣就可以實(shí)現(xiàn)不用使用者在電腦上開啟計(jì)時(shí)，只要使用者坐下就可以開始計(jì)時(shí)的功能，計(jì)時(shí)更加準(zhǔn)確。使用者站立一段時(shí)間再自動(dòng)重置，避免有些偷懶的使用者只關(guān)閉提醒而不運(yùn)動(dòng)一會(huì)兒。

2．3 設(shè)計(jì)成果

（1）用CAD完成了座墊的設(shè)計(jì)圖紙；完成了座墊內(nèi)部各元件的排線與連接，座墊內(nèi)部完成震動(dòng)和聲音的提醒，聲音是一段音樂(lè)。震動(dòng)選擇振子實(shí)現(xiàn)，舒適度不錯(cuò)，讓人感受得到一定震動(dòng)按摩效果。

圖1

（2）電腦計(jì)時(shí)→到達(dá)設(shè)定時(shí)間→電腦給予窗口提示→手動(dòng)關(guān)閉窗口

傳送信號(hào)給單片機(jī)→單片機(jī)蜂鳴器給予聲音提示

接通電路啟動(dòng)振子給予震動(dòng)提示→用紅外線遙控器關(guān)閉提示

圖2

2.4 軟件成果

基于MFC程序設(shè)計(jì)的應(yīng)用做出了一個(gè)簡(jiǎn)易的定時(shí)提醒軟件，因?yàn)槭轻槍?duì)辦公室白領(lǐng)和經(jīng)常長(zhǎng)時(shí)間使用電腦的學(xué)生，所以想到了借助于PC來(lái)做個(gè)上位機(jī)軟件進(jìn)行可選擇的定時(shí)。

此程序有多重時(shí)間段可以定時(shí)。如短時(shí)的30分鐘、1小時(shí)。長(zhǎng)時(shí)間的3小時(shí)、5小時(shí)等。

圖3 原理圖

本系統(tǒng)執(zhí)行步驟如下所述：

（1）單片機(jī)串口與電腦串口連接好,串口電路無(wú)異?，F(xiàn)象；

（2）打開電腦運(yùn)行軟件,按系統(tǒng)軟件中的“連接”按鈕,當(dāng)顯示為“串口已經(jīng)打開”方可進(jìn)行下一步；

（3）當(dāng)顯示“串口已經(jīng)打開”時(shí)（PC經(jīng)串口發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)給單片機(jī)(此數(shù)據(jù)為36,16進(jìn)制為O×24),）可以進(jìn)行分鐘和小時(shí)時(shí)間設(shè)置；

（4）當(dāng)再次按下“連接”按鈕時(shí)為停止定時(shí)功能。

2.5 單片機(jī)成果

根據(jù)開發(fā)板的原理圖完成了單片機(jī)控制蜂鳴器和電機(jī)的程序編寫。

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