智能感應椅訓練項目中智能感應問題分析

王秀文 劉書樂 韓強

摘 要：隨著當代社會科技的進步，傳感器在生活中的應用也越來越廣泛，不再是局限于手機、平板電腦等日常用品，而是以更多的形式呈現在我們面前。智能傳感具有良好的發展前景，雖然目前智能感應仍存在許多方面的問題，但隨著科技的不斷進步和社會的不斷發展，智能感應將會具有更大的應用價值。

關鍵詞：智能；感應；傳感

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.108

20世紀80年代以來，作為現代信息技術的三大支柱之一的傳感技術，獲得了飛速發展。但是普通傳感器所具備的感知和輸出的功能單一、失效后無法及時判定等問題，越來越制約信息技術和自動化技術的發展，已然不能滿足客戶的差異化需求。隨著人工智能技術的發展，以及市場需求，智能傳感器應運而生。智能傳感器作為網絡化、智能化、系統化的自主感知器件，是實現智能制造和物聯網的基礎。但是就目前來說，智能感應器還未在日常生活中取得廣泛應用。

2017年9月，“智能感應椅”大學生創新創業訓練計劃項目獲得國家級立項。大學生創新創業訓練計劃項目是教育部“高等學校本科教學質量與教學改革工程”重點建設項目，旨在培養大學生的創新精神、創業意識和實踐能力，是應用型人才培養的重要實踐教學環節，是大學生創新創業教育實踐平臺的重要組成部分。本項目是在校大學生利用現學理論知識指導實踐的有實用價值的探索，最初來源是學生通過觀察獲得，課堂中有部分同學聽講不集中，無法有效獲得講授知識，單純依靠老師監督和臨近同學提醒也不能有效解決問題，可不可以通過所學知識研發一種能通過腦電波和心跳等生理變化感知學生聽講狀態的椅子呢？通過研究相關資料，感覺可行性較高，在項目獲得審批后采購原料設備，尋找相關技術指導老師支持，一定程度解決了該項目的基本技術問題。

1 訓練項目的內容

訓練項目中的智能感應椅包含多個傳感器、微處理器，雙金屬片、銅熱電阻、鉑熱電阻、熱電偶及半導體熱敏電阻以及其他電路如電源、傳感器數據表、ADC（模擬數字轉換器，Analog to Digital Converter）信號濾波放大、多路開關、數據交換模塊、D/A（數模轉換器，Digital to Analog）、控制模塊、外部網絡接口模塊、數據采集模塊。通過貼在學生身上的電極監測數據，智能感應椅可記錄并分析腦電波、心電波、EOG（眼電）、EMG（肌電）、胸腹式呼吸運動、脈搏、血氧飽和度、脈搏波、呼吸頻率等生理參數。

傳感器將被測的各種生理參數轉換成相應的電信號，送到信號調制電路中，經過濾波、放大、A/D轉換后送達微處理器。微處理器對接收的信號進行計算、存儲、數據分析處理后，一方面通過反饋回路對傳感器與信號調理電路進行調節，以實現對測量過程的調節和控制；另一方面將處理的結果傳送到輸出接口，經接口電路處理后按輸出格式、界面定制輸出數字化的測量結果。通過對以上參數的記錄與分析，智能感應椅可判別學生是在認真聽講還是走神打盹，若學生上課認真聽講，椅子會保持溫度正常；若學生上課打盹或是走神，則該智能感應椅則會適當地升溫，該溫度在身體承受范圍之內，且能起到提醒學生的目的。

2 實驗中遇到的問題

若學生上課打盹或走神，該智能感應椅會自動升溫以提醒學生，該溫度若設置過低，則達不到提醒學生的目的；若該溫度設置的過高，則會對學生身體產生不利影響，另外，溫度持續的時間也需要進一步確定。

3 應對解決方法

由生物上的條件反射得到啟發，人在感受到針扎或是灼燒時，會條件性地快速保護自己，使自身遠離危險源，為解決以上的溫度問題，我們采取高溫高頻的方法，適當地提高溫度，同時縮短溫度作用與人身體上的時間。

4 智能感應面臨的問題

隨著傳感器技術在眾多新興行業領域的應用和普及，市場上對傳感器需求也越來越大，同時對傳感器提出了新的技術要求，目前智能感應面臨的問題有以下四個方面。

（1）功率消耗。功率消耗過大，是傳感器的“歷史遺留”問題，在節約型的新社會，減少功率消耗，降低充電的次數，是亟待解決的問題。只有有效解決傳感器功率消耗問題，傳感器才會在更多設備上得到廣泛應用，也有助于提高智能傳感器的適應性。（2）外形因素。傳感器外形因素也是影響傳感器進一步得到廣泛應用的因素，傳感器因功能需求相對復雜，傳統傳感器產品外形較大，不利于日常應用。（3）敏感性。傳感器由于其主要功能之一就是感受，所以要求其具有很好的分辨率和敏感性。（4）產品成本。傳感器的功能對其原材料的要求很高，這也導致了傳感器的成本高，目前我國主要的原材料來源于外國，雖質量有所保證，但價格昂貴，而我國的傳感器原材料有相當一部分無法保證其質量。

5 智能感應的發展趨勢

通過本創新創業訓練計劃項目的開展和根據對傳感器各性能參數的理想化要求，項目組認為今后智能感應的發展趨勢應包括以下四個方面。

（1）不斷開發新材料、新工藝和開發新型傳感器。（2）逐步實現傳感器的多功能化、高精度化、集成化和智能化。（3）逐步實現傳感技術硬件系統與元器件的微小型化。（4）通過傳感器與其它學科的交叉整合，實現無線網絡化。

智能感應椅訓練計劃項目已經進入結題階段，我們認識到大學生必須善于學習，通過學習別人先進的思想、理念、技術，領會其精髓，并將其應用到實際工作中，達到結合具體情況，做到舉一反三、觸類旁通，最后通過總結分析，發現原來的不足，才能更好的改進。

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基金項目：青島黃海學院2017年國家級大學生創新創業訓練計劃項目“智能感應椅”，項目編號201713320060。

作者簡介：王秀文（1997-），女，山東青島人，本科在讀，研究方向：工程造價。

*為通訊作者