基于嵌入式開發的智能桌子

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成，危害了學生的正常的生長發育健康，容易引發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。

關鍵詞：智能;自動調節;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。傳統的桌椅無法調節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，久而久之甚至會產生一系列疾病。而智能桌子相比于以往桌子的優勢在于能根據用戶的身高自動調節桌子的水平距離，使用戶能夠在一個舒適的環境下進行工作，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開發板，選用Arduino Mega2560開發板的主要原因是，它的微控制器可以通過Arduino的編程語言來編寫想要實現的程序。而Arduino它具有類似java語言和C語言的開發環境，對于學院開設的專業課，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程序開發環境中編寫控制和實現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。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開發板，如圖l所示：

2.2步進電機驅動模塊

本產品采用的是L298N電機驅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。穩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中的飛行時間差就能確定人體的身高，在發送脈沖的同時，接收器的計時器啟動并計數，直至接收傳感器接收反射回波后，計數停止，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調降壓模塊

本模塊使用的LM2596芯片，優點在于：1.效率高（轉換率92%），發熱量小，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，電壓連續可調，高校效率最大輸出電流為1.3A，本產品全部使用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運動轉換成推桿的直線伸縮距離。程序控制，依靠計算脈沖數量來得到馬達轉動的圈數，在現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，先將編寫好的程序導人芯片中，芯片通過程序指令驅動輸入口，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，然后設置脈沖向超聲波產生發生信號，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，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，也就能夠實現水平的運動。

4功能及范圍

許多上班族和學生因為其職業限制，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，根據不同身高的學生，經過數據分析后，桌子會自動調至相應合適的高度和適宜的離人距離，來規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，智能桌子的水平調節和垂直調節的距離是不一樣的。

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【通聯編輯：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，就讀于甘肅農業大學，主修java編程，后臺開發;陳蕾（197 8-），女，通訊作者，重慶巴縣人，碩士，副教授，主要研究領域為智能算法與模式識別。