一種基于STM32的智能桌椅

潘鵬 李浩銘 李瀛康 陳彥作 楊天棋 曾浩

摘?要：本研究項目公開《一種基于STM32的智能桌椅》，其具有調(diào)整桌椅的高度功能：通過固定在桌椅下的電機帶動機械結(jié)構(gòu)中的軸承旋轉(zhuǎn)調(diào)整高度，通過STM32單片機[1]一系列控制，調(diào)整高度、傾斜程度讓使用者的感到更加的舒適;減少對桌椅更換頻率;減少在桌椅方面的資金投入;并在單片機控制的液晶屏[2]幕上顯示輸入模式，在此模式下通過按鍵輸入身高，數(shù)據(jù)輸入單片機后單片機通過對數(shù)據(jù)進行公式計算得出所適合的高度，再在屏幕上詢問是否按照此高度進行調(diào)整，當(dāng)使用時按下確認時返回信號傳給單片機，電機進行驅(qū)動，使桌椅進行升降;在控制水平調(diào)整的過程中原理和控制升降類似，只是感應(yīng)高度的超聲波改為了傾角傳感器，[3]仍然是通過電機的驅(qū)動使桌面的水平程度發(fā)生改變。

關(guān)鍵詞：STM32;單片機;液晶顯示屏;傾角傳感器

一、背景與現(xiàn)狀

（一）智能桌椅研究背景

桌子是一個簡單的家用工具，普通的桌子不能夠調(diào)節(jié)高度來滿足使用者的需求。很多父母都會為家里讀書的孩子購置一套桌椅，但是隨著孩子的身高年齡的變化，這些桌椅不能滿足孩子當(dāng)前的身高，有一些桌椅具有調(diào)節(jié)的功能，但是每一個可達到的狀態(tài)是固定的，調(diào)整的范圍不夠精確，不能達到最適合孩子的位置。此智能桌椅通過一系列的控制，調(diào)整高度、傾斜程度讓使用者的感到更加的舒適;減少對桌椅更換頻率;減少在桌椅方面的資金投入;對人們坐姿的糾正，保護人們的腰椎;讓使用者患腰椎類疾病的幾率降低。

傳統(tǒng)的桌子一旦制作成功，則無法修改高度，隨著人們的年齡增長，對桌子高度需求也有所改變，然而此桌子，綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是：（1）傳統(tǒng)的桌子不能隨時調(diào)節(jié)高度，一旦定型則無法修改。（2）現(xiàn)有的桌子功能實現(xiàn)單一，無法滿足人們多功能的使用需求。

（二）此研究項目擬解決的問題

（1）現(xiàn)有桌子一旦固定則不可更改高度。

（2）桌子的使用更換頻率。

二、研究對象總體設(shè)計與研究

（1）構(gòu)建思路，模塊設(shè)計如下：①由STM32單片機控制，用于檢測人是否坐在椅子上面的壓力傳感器，且在桌子上方設(shè)置有LED顯示屏來顯示數(shù)據(jù);②用于測量身高的超聲傳感器，根據(jù)人體身高來進行最佳高度的選擇;③用于傳輸信號的藍牙通信模塊，[4]同時在云端設(shè)置一臺服務(wù)器，對坐在椅子前面的人的數(shù)據(jù)進行處理，并將結(jié)果推送至桌面LED顯示屏;④桌子里面設(shè)置有蜂鳴器[5]系統(tǒng)，如遇特殊情況則發(fā)出警報。

（2）STM32研究內(nèi)容。STM32單片機中PC13，PC14和PC15引腳通過電源開關(guān)進行供電，而這個電源開關(guān)只能夠吸收有限的電流（3mA）。因此這三個引腳作為輸出引腳時有以下限制：在同一時間只有一個引腳能作為輸出，作為輸出腳時只能工作在2MHz模式下，最大驅(qū)動負載為30pF，并且不能作為電流源（如驅(qū)動LED）。

這些引腳在備份區(qū)域第一次上電時處于主功能狀態(tài)下，之后即使復(fù)位，這些引腳的狀態(tài)由備份區(qū)域寄存器控制（這些寄存器不會被主復(fù)位系統(tǒng)所復(fù)位）。

三、此研究對象的解決方案及目標(biāo)實現(xiàn)

（一）硬件解決方案

如下圖所示

（二）軟件解決方案

（1）云平臺架構(gòu)。在阿里云端采用公網(wǎng)IP實現(xiàn)藍牙數(shù)據(jù)傳輸接收智能桌子終端的消息，一個使用HTTPS的Web API接口用于手機APP交互;研究具體算法用于后續(xù)數(shù)據(jù)挖掘[6]與處理。

（2）軟件設(shè)計。使用Java、C++等編程語言完成云端、數(shù)據(jù)庫[7]、手機APP的設(shè)計，并且與云平臺的Web API接口相連接。

（三）目標(biāo)實現(xiàn)

（1）通過多次反復(fù)試驗，得到的傾角傳感器數(shù)據(jù)有效無誤，實現(xiàn)精準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)。

（2）通過壓力傳感器的不斷調(diào)試，使檢測功能準(zhǔn)確實現(xiàn)，來判斷人是否坐在椅子上面，LED顯示屏能夠正確顯示，供人們判斷。

（3）匯總所有得到的數(shù)據(jù)，再進行大數(shù)據(jù)分析，為桌子的后續(xù)使用做好相應(yīng)準(zhǔn)備。

四、主要特色

手動按鍵控制桌椅的升降，調(diào)整桌椅的水平程度。①手動輸入身高，通過計算得出推薦桌椅高度，詢問的到確認后自動調(diào)整到相應(yīng)的高度。②當(dāng)人站在某特定位置時，人體感應(yīng)模塊能感受到人體信號時，通過超聲波模塊發(fā)出超聲波，檢測計算身高，如果椅子上的壓力傳感器沒有檢測到人坐在上面，則會自動改變桌椅高度。③坐姿識別，在不標(biāo)準(zhǔn)坐姿時自動提醒使用者。④定時任務(wù)功能，可以設(shè)定番茄時鐘定時學(xué)習(xí)，勞逸結(jié)合。⑤手機APP控制桌椅的各種功能。⑥鎖定模式，在改變前需要輸入密碼，避免家里小孩因為誤觸導(dǎo)致桌椅升降，造成不必要的損傷。

五、總結(jié)

此研究對象屬于智能桌子技術(shù)領(lǐng)域，公開一種基于STM32的智能桌子，設(shè)置有單片機;超聲傳感器與單片機電連接;無線通信模塊通過無線信號與云端服務(wù)器連接，云端服務(wù)器通過無線信號與移動終端連接;5V交流電與單片機、超聲傳感器、藍牙模塊、超聲波模塊、壓力傳感器模塊電連接。以普通桌子為載體，采用壓力傳感器檢測人是否坐在椅子上，超聲波模塊用于計算出人多身高。該研究方向跟前人相比能夠改變現(xiàn)有桌子使用年限，提高桌子的工作效率，且可以促進可循環(huán)資源的重復(fù)利用，能夠很好地實現(xiàn)生態(tài)和經(jīng)濟雙效益的社會價值，為未來智能家居提供技術(shù)支撐。

參考文獻：

[1]何希才，薛永毅.傳感器及其應(yīng)用實例[M].機械工業(yè)出版社，2001.

[2]周繼明.傳感技術(shù)與應(yīng)用.中南大學(xué)出版社.

[3]李全利.單片機原理及接口技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2009.2版.

[4]蕭瑋，楊濤.藍牙核心技術(shù).電信科學(xué)，2001.1.

[5]賈子福.壓電蜂鳴器[J].壓電與聲光，2008（6）.

[6]Jiawei?Han.數(shù)據(jù)挖掘概念與技術(shù).機械工業(yè)出版社，2001，8.

[7]姚永一.SQL Server數(shù)據(jù)庫實用教程.北京：電子工業(yè)出版社，2010.