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》，其具有調整桌椅的高度功能：通過固定在桌椅下的電機帶動機械結構中的軸承旋轉調整高度，通過STM32單片機[1]一系列控制，調整高度、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，數據輸入單片機后單片機通過對數據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整，當使用時按下確認時返回信號傳給單片機，電機進行驅動，使桌椅進行升降;在控制水平調整的過程中原理和控制升降類似，只是感應高度的超聲波改為了傾角傳感器，[3]仍然是通過電機的驅動使桌面的水平程度發生改變。

關鍵詞：STM32;單片機;液晶顯示屏;傾角傳感器

一、背景與現狀

（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節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前的身高，有一些桌椅具有調節的功能，但是每一個可達到的狀態是固定的，調整的范圍不夠精確，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，現有技術存在的問題是：（1）傳統的桌子不能隨時調節高度，一旦定型則無法修改。（2）現有的桌子功能實現單一，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、研究對象總體設計與研究

（1）構建思路，模塊設計如下：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，且在桌子上方設置有LED顯示屏來顯示數據;②用于測量身高的超聲傳感器，根據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]同時在云端設置一臺服務器，對坐在椅子前面的人的數據進行處理，并將結果推送至桌面LED顯示屏;④桌子里面設置有蜂鳴器[5]系統，如遇特殊情況則發出警報。

（2）STM32研究內容。STM32單片機中PC13，PC14和PC15引腳通過電源開關進行供電，而這個電源開關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，最大驅動負載為30pF，并且不能作為電流源（如驅動LED）。

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

三、此研究對象的解決方案及目標實現

（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。在阿里云端采用公網IP實現藍牙數據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數據挖掘[6]與處理。

（2）軟件設計。使用Java、C++等編程語言完成云端、數據庫[7]、手機APP的設計，并且與云平臺的Web API接口相連接。

（三）目標實現

（1）通過多次反復試驗，得到的傾角傳感器數據有效無誤，實現精準旋轉。

（2）通過壓力傳感器的不斷調試，使檢測功能準確實現，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）匯總所有得到的數據，再進行大數據分析，為桌子的后續使用做好相應準備。

四、主要特色

手動按鍵控制桌椅的升降，調整桌椅的水平程度。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整到相應的高度。②當人站在某特定位置時，人體感應模塊能感受到人體信號時，通過超聲波模塊發出超聲波，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，在不標準坐姿時自動提醒使用者。④定時任務功能，可以設定番茄時鐘定時學習，勞逸結合。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致桌椅升降，造成不必要的損傷。

五、總結

此研究對象屬于智能桌子技術領域，公開一種基于STM32的智能桌子，設置有單片機;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器連接，云端服務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有桌子使用年限，提高桌子的工作效率，且可以促進可循環資源的重復利用，能夠很好地實現生態和經濟雙效益的社會價值，為未來智能家居提供技術支撐。

參考文獻：

[1]何希才，薛永毅.傳感器及其應用實例[M].機械工業出版社，2001.

[2]周繼明.傳感技術與應用.中南大學出版社.

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

[4]蕭瑋，楊濤.藍牙核心技術.電信科學，2001.1.

[5]賈子福.壓電蜂鳴器[J].壓電與聲光，2008（6）.

[6]Jiawei?Han.數據挖掘概念與技術.機械工業出版社，2001，8.

[7]姚永一.SQL Server數據庫實用教程.北京：電子工業出版社，2010.