基于嵌入式開發(fā)的智能桌子

金熠 陳蕾 藺亞鵬 王宏杰 張本昌 李龍龍

摘要：隨著科技水平的不斷發(fā)展，除了帶給我們無限便利之外，也給我們的身體健康和身體素質(zhì)帶了隱患，工作族成天坐著面對電腦工作，而學生長時間的學習和娛樂導致了駝背、坐姿不端正等不良的習慣的養(yǎng)成，危害了學生的正常的生長發(fā)育健康，容易引發(fā)頸椎病和偏頭痛等癥狀等一系列病狀。本文介紹的是一款基于嵌入式開發(fā)的智能桌子，主要服務于學生和辦公人群，有效的糾正他們的不良的學習辦公時的行為習慣，保護使用者的健康，讓他們在學習工作之余，也改掉自己潛移默化的壞習慣。

關(guān)鍵詞：智能;自動調(diào)節(jié);自適應

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）36-0248-03

1概述

許多上班族和學生黨普遍存在著彎腰駝背等不良習慣，根本在于長時間的久坐和不良的坐姿。傳統(tǒng)的桌椅無法調(diào)節(jié)垂直高度和水平高度，往往讓使用者無法用最舒適的姿勢進行辦公和學習，不佳的距離會降低使用者的工作效率，影響用戶的體驗感覺，久而久之甚至會產(chǎn)生一系列疾病。而智能桌子相比于以往桌子的優(yōu)勢在于能根據(jù)用戶的身高自動調(diào)節(jié)桌子的水平距離，使用戶能夠在一個舒適的環(huán)境下進行工作，同時也能夠改正用戶的不良坐姿習慣，增加用戶的體驗感覺。

2模塊與應用

2.1 arduino主控板控制板

本實驗所采用的芯板是Arduino Mega2560開發(fā)板，選用Arduino Mega2560開發(fā)板的主要原因是，它的微控制器可以通過Arduino的編程語言來編寫想要實現(xiàn)的程序。而Arduino它具有類似java語言和C語言的開發(fā)環(huán)境，對于學院開設的專業(yè)課，能夠更快速的學習和使用Arduino編寫想要控制傳感器、電感和其他硬件設備。本設計中，arduino主控板控制板主要控制四個驅(qū)動電機，四個推桿和兩個傳感器，通過ardulno提供的arduino IDE程序開發(fā)環(huán)境中編寫控制和實現(xiàn)這些硬件和功能的代碼。arduino IDE對于學習過java、C語言或者其他編程語言的使用者來說，很容易掌握，不需要太多的編程基礎(chǔ)。ardui-no主控板還在芯板上設計了保險絲，用于在實驗中短路或者電流過大保護芯板的裝置，大大延長了芯板的使用壽命，降低的實驗的危險性，以下是這次設計所用的Arduino Mega2560開發(fā)板，如圖l所示：

2.2步進電機驅(qū)動模塊

本產(chǎn)品采用的是L298N電機驅(qū)動板模塊直流電機馬達L298N有兩個供電，一個是邏輯控制部分的5伏供電，一個是電機的供電，實物圖中標注的12伏是給電機供電的，所以不接的話，電機沒電，不轉(zhuǎn)。穩(wěn)壓管的輸入和輸出有個壓差，如果給電機的供電太低的話（比方說只有5v），通過壓差后可能會降低太多，那么邏輯控制部分所要求的5v電壓可能就達不到了，此時需要將板上5伏使能斷開，然后外接Sv的電源來給邏輯控制部分供電。接下來是電路原理圖和使用說明參數(shù)圖：

2.3超聲波傳感器

本次實驗中，所使用的傳感器是HC-SR04 US-100 US-015超聲波模塊傳感器，它的主要作用是用于測距。在實際中，有著廣泛的應用，大到航天航母，小到家具用品，而且在醫(yī)學設備上也有著廣泛的應用，用于診斷疾病，而且診斷準確率較高。傳感器通過超聲波在空氣介質(zhì)中的飛行時間差就能確定人體的身高，在發(fā)送脈沖的同時，接收器的計時器啟動并計數(shù)，直至接收傳感器接收反射回波后，計數(shù)停止，芯片得到這個時間然后計算出距離，從而可測算出測量儀與頭頂之間的距離，即人體的身高，相比人體紅外傳感器感應距離，更加的精確和方便。

2.4調(diào)降壓模塊

本模塊使用的LM2596芯片，優(yōu)點在于：1.效率高（轉(zhuǎn)換率92%），發(fā)熱量小，能很輕松帶起3A（短時間）以上電流。2.使用機器貼片，回流焊接，同時每個模塊出貨前都經(jīng)過兩個小時的老化測試，確保高可靠性。3使用低ESR的原裝三洋濾波電容，可以使紋波電壓低至30mV，完全能和線性電源媲美！輸入為3V到40V輸出為1.5V至35V，電壓連續(xù)可調(diào)，高校效率最大輸出電流為1.3A，本產(chǎn)品全部使用SANYO固體電，36u加厚線路板，高O值大功率電感，帶LED顯示燈。

LM2596芯片工作原理：

LM2596實物圖：

2.5電動推桿

電動推桿它是一種小型的傳動件，本實驗中用用電動推桿主要是實現(xiàn)桌子的移動和運動，電動推桿的工作原理是將電動機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成推桿的直線伸縮距離。程序控制，依靠計算脈沖數(shù)量來得到馬達轉(zhuǎn)動的圈數(shù)，在現(xiàn)實社會中有著廣泛的用途，在本次實驗中，電動推桿是必不可少的，如圖所示：

3工作原理

本實驗中，先將編寫好的程序?qū)诵酒?，芯片通過程序指令驅(qū)動輸入口，使得接口引腳初始化，同時進行超聲波輸入輸出口引腳的初始化，當初始化完成之后，進入循環(huán)，然后設置脈沖向超聲波產(chǎn)生發(fā)生信號，等待超聲波響應并計算距離。得到這個距離后，如果距離大于設定值，程序驅(qū)動伸桿，是桌子向上移動一定的距離，如果距離小于所設定的距離，電機反轉(zhuǎn)，伸桿向下移動一定的距離，如果距離剛好和設定的值一致，則伸桿不進行工作。同理，也就能夠?qū)崿F(xiàn)水平的運動。

4功能及范圍

許多上班族和學生因為其職業(yè)限制，避免不了長時間的久坐，加上自己本身坐姿不正的不好習慣，容易形成駝背，腰椎間盤容易突出，頸椎病等許多疾病，這些不好的習慣在無聲無息中損害了白身的健康，甚至會影響自身的骨骼發(fā)育。而智能桌子將通過控制桌子的垂直運動和水平運動，根據(jù)不同身高的學生，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析后，桌子會自動調(diào)至相應合適的高度和適宜的離人距離，來規(guī)范使用者學習時的姿勢，比如較矮的使用者，桌子的垂直高度會比正常時略低，而在水平上，會相應地距離人更近，反之，桌子的垂直高度會偏高，離人距離將會更遠。智能桌子將會提供一個舒適的學習和辦公的條件，同時保護使用者的身體健康。

5實驗結(jié)果

在實驗階段，智能桌子能夠相對準確地控制桌面的高低和桌面相對人的距離，不同身高的人在桌子面前，智能桌子的水平調(diào)節(jié)和垂直調(diào)節(jié)的距離是不一樣的。

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【通聯(lián)編輯：梁書】

收稿日期：2019-10-09

作者簡介：金熠（199 8-），男，浙江紹興人，本科，就讀于甘肅農(nóng)業(yè)大學，主修java編程，后臺開發(fā);陳蕾（197 8-），女，通訊作者，重慶巴縣人，碩士，副教授，主要研究領(lǐng)域為智能算法與模式識別。