基于單片機(jī)的人體工學(xué)電腦支架研究

趙蕊 何文孝 熊浚儒

摘? ?要：文章提出的人體工學(xué)電腦支架以單片機(jī)（AT89S52）為主控中心，主要由溫度監(jiān)測系統(tǒng)、風(fēng)扇調(diào)速系統(tǒng)組成。首先，文章介紹了該支架的總體設(shè)計方案;其次，描述了系統(tǒng)的硬件工作原理;最后，對其功能和優(yōu)點進(jìn)行總結(jié)。

關(guān)鍵詞：單片機(jī);溫度監(jiān)測系統(tǒng);風(fēng)扇調(diào)速系統(tǒng);USB-Hub

隨著時代進(jìn)步，電子產(chǎn)品成為生活和辦公學(xué)習(xí)時不可或缺的部分。經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段，市場上流行的多是一些懸臂結(jié)構(gòu)支架，其功能單一，并未被大眾廣泛接受。基于功能單一這點，本文基于單片機(jī)設(shè)計出一種既能矯正坐姿又能自動調(diào)節(jié)溫度，且輕便可折疊的多功能人體工學(xué)電腦支架。

1? ? 總體方案設(shè)計

該電腦支架硬件部分主要包括單片機(jī)核心系統(tǒng)、溫度監(jiān)測系統(tǒng)、風(fēng)扇散熱系統(tǒng)、通用串行總線（Universal Serial Bus，USB）接口、音響等。單片機(jī)控制器作為該系統(tǒng)的關(guān)鍵，通過連接溫度監(jiān)測系統(tǒng)、風(fēng)扇散熱系統(tǒng)，及時檢測筆記本電腦的溫度，合理散熱，使電腦各部位達(dá)到最佳溫度。同時添加多個USB接口和音響設(shè)備，有利于用戶的良好體驗。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2? ? 硬件設(shè)計

2.1? 單片機(jī)

電腦支架的主控系統(tǒng)中心選用目前市場上廣受歡迎的AT89S52單片機(jī)。AT89S52單片機(jī)有低功耗、高性能的特點，符合支架主控中心的要求。

2.2? USB-Hub（USB集線器）

USB-Hub作為集線器可連手機(jī)、鼠標(biāo)、鍵盤、數(shù)碼攝像機(jī)等相關(guān)帶USB接口的設(shè)備，可以將USB接口一變多，且實現(xiàn)擴(kuò)展出的多個接口并行使用的功能。筆記本電腦由于自身設(shè)計原因，本身USB接口較少，當(dāng)多個USB設(shè)備想要接入筆記本電腦時，往往需要頻繁地插拔更換設(shè)備，導(dǎo)致用戶體驗不佳。本款支架具有USB-Hub的功能，通過將USB接口拓展為4個，完美解決該問題，有利于用戶使用。USB-Hub設(shè)備的電路原理設(shè)計如圖2所示。

2.3? 風(fēng)扇散熱單元

兩個12 cm風(fēng)扇，采用開放式流通圓孔設(shè)計，循環(huán)散熱，最大出風(fēng)量可達(dá)28 CFM，含油軸承雙風(fēng)扇高效散熱，固定于支架背面，持續(xù)送風(fēng)進(jìn)入電腦，再由電腦自帶散熱模組換風(fēng)，輔助并加快筆記本電腦的熱量散失，進(jìn)而幫助筆記本電腦散熱。

2.4? 支架

本文設(shè)計的電腦支架主要材料為ABS樹脂和天然橡膠，依據(jù)人體工學(xué)設(shè)計外觀尺寸450×260 mm，高低可調(diào)、便于折疊收放，重量大約在800 g左右，質(zhì)量較輕、方便攜帶，適合筆記本電腦等電子設(shè)備。

3? ? 功能設(shè)計

3.1? 散熱功能

研究表明，持續(xù)高溫容易導(dǎo)致筆記本電腦使用壽命和性能受到影響。當(dāng)溫度上升時，硬件老化速度加快，電腦使用壽命減短，同時運(yùn)行性能下降。本款支架實時監(jiān)測電腦的溫度，自動調(diào)節(jié)支架上散熱風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，以實時響應(yīng)需求。因此，這款支架能在一定程度上提升筆記本電腦使用壽命和性能。并且這個風(fēng)扇在快速有效降溫的同時，噪音也非常低，用戶幾乎不會受到噪音的干擾，可以說是筆記本電腦的最佳搭檔。

3.2? USB接口拓展功能

USB是一種支持熱插拔功能且能隨插隨用的串行接口。由于USB具有傳輸速度較快、支持同步和雙向的特點，且目前市面上的筆記本電腦外設(shè)基本都設(shè)有2～3個USB接口，該電腦支架利用USB接口來連接實現(xiàn)溫度監(jiān)測系統(tǒng)和電腦之間的通信。

此外，電腦上自帶USB接口有限，而需要用到接口的地方有很多，如傳輸文件等，可能會因為接口少而受到限制，使得電腦具有連接局限性，因此，在電腦支架上新增多個USB口拓展，徹底解決電腦USB接口少的問題，可同時連接鍵盤、U盤、移動硬盤（需外接電源）等USB口設(shè)備。

3.3? 音響兼照明功能

支架外圍新增1個音響設(shè)備。該設(shè)備是在支架背部搭載音響模塊，安裝平板式音響，方便使用者使用。研究表明夜間視物容易導(dǎo)致視力下降，該支架增加照明功能，在夜晚可根據(jù)明暗程度智能調(diào)節(jié)亮度。

3.4? 折疊收納功能

該計算機(jī)支架具有以下幾個優(yōu)點。

（1）外觀簡潔大方：拋去了繁雜的設(shè)計，使用銀白漸變色，高端大氣上檔次，符合大眾的審美。

（2）便捷易存放：腳架可折疊，便于存放而不需要占用多余空間。

（3）輕便易攜帶：選用的支架材質(zhì)質(zhì)量較輕，便于攜帶。

（4）收納空間人性化：雙擴(kuò)展收納，針對移動硬盤、鍵盤、各種線纜等設(shè)計合理收納功能，避免雜亂無章。

4? ? 軟件設(shè)計

本系統(tǒng)進(jìn)行下位機(jī)程序與上位機(jī)程序的編程設(shè)計，上位機(jī)選擇C++ builder來進(jìn)行上位機(jī)軟件的編程設(shè)計，下位機(jī)軟件選擇更合適的C語言進(jìn)行編寫。

4.1? 上位機(jī)軟件設(shè)計

上位機(jī)軟件在電腦上運(yùn)行，主要作用是實時采集系統(tǒng)中的溫度傳感器數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過USB接口傳輸給下位機(jī)軟件，下位機(jī)軟件根據(jù)數(shù)據(jù)實時響應(yīng)。

4.2? 下位機(jī)軟件設(shè)計

下位機(jī)程序在單片機(jī)端運(yùn)行，負(fù)責(zé)接受上位機(jī)程序采集的溫度傳感器數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)命令散熱單元調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。

5? ? 結(jié)語

本文設(shè)計的基于單片機(jī)的人體工學(xué)筆記本支架，與市場上傳統(tǒng)的電腦支架相比，功能多樣化，可以更好地為用戶提供服務(wù)。

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[3]陳啟美.計算機(jī)USB接口技術(shù)[M].南京：南京大學(xué)出版社，2003.

Research on ergonomic computer support based on single chip microcomputer

Zhao Rui， He Wenxiao*， Xiong Junru

（College of Computer Science， Neijiang Normal University， Neijiang 641000， China）

Abstract：The ergonomic computer support proposed in this paper takes single chip microcomputer（AT89S52）as the main control center， which is mainly composed of temperature monitoring system and fan speed regulation system. This paper first introduces the overall design scheme of the notebook computer bracket， then describes the hardware working principle of the system， finally summarizes the functions and advantages of the design.

Key words：single chip microcomputer; temperature monitoring system; fan speed regulation system; USB-Hub