智能書桌目錄01作品簡介page01-041系統設計方案02072系統硬件及相關技術參數03133評測與結論04204背景思路作品簡介隨著升學壓力的提高，孩子的學習強度成倍增加，課余時間幾乎被寫不完的作業所占用，書桌成了孩子們離不開的“伙伴”。然而，昏暗的光照、閃爍的燈光、不正確的坐姿、不健康的用眼習慣變成一個個無情殺手極大地損傷了孩子們的視力，危害了眼睛健康。調查顯示由于家長工作忙碌而無法在孩子書寫作業時監督提醒其養成良好的用眼習慣，中小學生佩戴眼鏡的比例正逐年增長，對孩子的成長造成了終身遺憾。在父母雙雙拼搏于職場的情況下，如何為課余時間失去監管的孩子提供一個舒適健康、輔助監管的學習環境以解決學習強度與用眼健康的矛盾已成為社會及所有家庭關注的焦點。此外，放假期間缺失監管的年幼孩子的安全無法得到保障，孩子墜樓等不幸事件屢有發生，令忙于工作中的家長牽腸掛肚，深為擔憂。針對目前廣泛存在于孩子中的學習問題，研發了一款具有家長輔助監控功能的智能型健康書桌，它以MSP430作為控制單元，將現代電子技術與傳統書桌相結合，具有實時檢測光照度自動調節臺燈亮度保護視力、智能檢測坐姿報警提醒孩子用眼距離、自動環境檢測調節桌椅溫度及風扇轉速、智能學習監控短信提醒孩子學習計劃及通知家長關注孩子狀況等功能。

作品特點作品簡介1、智能調節桌面溫度對于學習環境的變化，潮濕，炎熱智能書桌將啟動風扇降溫，周圍溫度太低，桌面的加熱片便開始加熱，是使用者時鐘在舒適環境下學習。2、智能提醒正確坐姿當孩子在學習過程中，對于孩子距離桌面太近，或是坐歪了將給予語音提醒。在缺乏家長監督的情況下，書桌將智能保護孩子視力，糾正孩子的書寫姿勢。3、輔助家長監控及學習計劃提醒本智能桌運用SIM900A,實現了與使用者之間的通信功能，它支持第三方輸入，使用者可將自己一日的計劃輸入，系統將按時發送短信，提醒使用者所需做的事情。孩子獨自在家學習時若離開書桌半小時以上，書桌自動向家長發送短信，提醒家長關注孩子安全。4、健康護眼低功耗臺燈為LED燈直流供電不會閃爍，能夠起到保護人眼的作用，而且不會招引蚊蟲。體現了綠色環保的宗旨。本項目中，其核心器件為MSP430單片機，它有著節能低功耗的優勢。

系統工作模式作品簡介1、夜晚模式：在夜晚光線較弱時，若有孩子使用書桌，臺燈將自動亮起，并且會根據書桌周圍的光強亮暗程度自動調節臺燈亮度。2、冬季模式；冬天氣溫低，為使孩子不會因凍手影響學習，加熱板會自動、加熱供暖保持一個舒適的學習工作環境。3、夏季模式:夏季炎熱孩子易出汗，使孩子產生躁動，影響學習效率，這時散熱扇會自動工作起來，排去燥熱。4、無人模式：孩子不在的時候課桌將進入休眠，只有基本傳感器工作，節省電能，并且會發送給使用者監督提示短信。通過不同的工作模式，智能桌將給孩子提供一個優越健康，舒適的學習環境。系統總體設計系統設計方案本智能桌的控制設備由微處理器、傳感器模塊、控制功能模塊、輸出顯示模塊和短信發送模塊組成。微處理器采用低功耗的MSP430單片機；傳感器模塊由光強傳感器、人體紅外感應器、超聲波及溫濕度傳感器等構成；控制對象為LED臺燈亮度、臺板溫度、風扇轉速、蜂鳴報警等；輸出顯示模塊采用LCD液晶屏，可把光照強度、溫度、濕度、人桌距離等基本信息反饋給用戶；短信發送模塊可輔助家長進行監控，用以定時提醒孩子學習計劃并及時通知家長關注孩子的異常狀況。系統在MSP430單片機控制下，通過多種傳感器的實時檢測獲取采樣數據，進而判斷并控制臺燈、加熱板，風扇、蜂鳴器等用電器的工作狀態。自制的穩壓電路為整個系統提供穩定的工作電源。設計系統組成及其結構布置如圖1，圖2所示。

系統總體設計系統設計方案檢測桌前是否有人微處理器人眼與桌面的距離檢測桌面溫度檢測風扇轉速調節臺板加熱控制臺燈亮度調節坐姿蜂鳴提醒輔助監控以及提醒短信發送桌面周圍的溫濕度檢測課桌周圍光照強度檢測液晶顯示監測數據5V工作電源3V工作電源圖1系統組成框圖系統總體設計系統設計方案圖2作品結構布置LED護眼臺燈顯示屏（監測數據顯示）溫濕度傳感器熱釋電傳感器超聲波傳感器光強度傳感器監控提醒短信發送音樂播放器散熱風扇加熱片關鍵模塊方案設計與布局系統設計方案1、臺燈亮度動態調節模塊學習時對于環境的光線亮度有一定要求，低于一定光強度時便會對孩子的眼鏡造成傷害。所以本設計作品，在孩子學習時運用光強傳感器GY-30不斷檢測光線亮度，當光強低于280lux時，臺燈將自動點亮，并且隨著光線不斷減弱，臺燈將實現動態調節，不斷增亮，使孩子能一直處于一個適宜學習的亮度環境下。2、坐姿檢測蜂鳴報警模塊讓孩子從小養成正確的學習坐姿是許多家長所關心的，但是大多數家長因工作而無法經常提醒孩子養成良好的習慣。該智能桌則利用超聲波傳感器HC-SR04檢測孩子頭部與桌面的距離，超聲波模塊與桌面成45度的夾角，因為正確寫作姿勢應該首桌相距H=30~35cm，所以超聲波發射源距離與頭部距離L標=H/Sin45°=(43~50)cm.L實=V聲*(T發-T收)/2；若實際檢測的L實<L標=43cm,那么智能桌便給出蜂鳴報警提示距離過近。若在一定時間范圍內超聲波未檢測到反射波則將給予蜂鳴報警提示孩子應該坐正。圖3坐姿檢測示意圖45°超聲波模塊桌體30~35cm關鍵模塊方案設計與布局系統設計方案3、桌椅保溫設計考慮到寒冷季節，環境溫度會影響到孩子學習的效率，本設計運用DS18B20溫度傳感器檢測環境溫度。當檢測到環境溫度T<15度，那么桌面的加熱片開始工作，并且也會依據房間溫度的變化,加熱片在35度~45度之間動態調節。4、環境溫濕度調節對于天氣比較炎熱的情況下，我們考慮了用DHT11來檢測環境溫濕度，當空氣潮濕，溫度高時就會驅動散熱扇工作，達到降溫，除濕的作用，給孩子提供良好的學習環境。關鍵模塊方案設計與布局系統設計方案5、提醒短信服務為使家長能在孩子單獨在家時獲得孩子的安全情況，課桌設有熱釋電傳感器，當檢測到孩子離開智能桌時，運用軟件編程進入定時狀態，若半個小時過去后，孩子依然未回到桌前，則無線通信SIM900則會發送提醒短信給家長，提醒家長關注孩子在家安全狀況。此外，還會將孩子制定的日常學習計劃定時發送給家長便于監督孩子單獨在家的情況。6、視力健康保護設計方案中還有一大亮點便是考慮到綠色環保的問題，臺燈選擇使用LED燈，它由直流供電，發光時不會閃爍，起到了保護眼睛的作用。系統硬件及相關技術參數系統硬件及相關技術參數1、微處理器電路本項目選擇了TI公司MSP430G2553這款單片機，它具有極低的功耗、豐富的片內外設和方便靈活的開發手段。本次智能桌的設計中其作為核心部件發揮著關鍵作用，也是設計中一大亮點。圖4單片機最小系統系統硬件及相關技術參數系統設計方案2、光照強度檢測電路GY-30光照度范圍：0-65535lux傳感器內置16bitAD轉換器直接數字輸出，省略復雜的計算。本次設計運用了GY-30對課桌周圍環境亮度的檢測，并從其反饋數據動態的的調節臺燈的亮暗。而檢測到的數據通過將高八位乘256加低八位返回出來。讀取值=實際值*透光率實際值=測量值/(1.2*透光率*高精度模式2調整值)圖5光照強度檢測電路原理示意圖3.3v工作電源GY-30MSP430P1.3SCLSDAP1.4系統硬件及相關技術參數系統設計方案3、坐姿檢測電路HC-SR04超聲波測距模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達高到3mm；模塊包括超聲波發射器、接收器與控制電路。硬件設計中，由LM2940穩壓芯片提供5v電壓，TRIG接P1.0口作為觸發信號輸入端，ECHO接P1.2口為回響信號端。模塊發送8個40KHZ的方波，當信號返回P1.2持續為高電平，其持續時間即為波從發射到返回的時間。測試距離=(高電平時間*聲速(340M/S))/2。故我們用此測量人體與桌體距離。HC-SR04孩子身體MSP430處理器LCD顯示屏ECHOP1.0P1.2超聲波接收超聲波發射TRIG圖7坐姿檢測電路原理示意圖系統硬件及相關技術參數系統設計方案4、環境溫濕度檢測電路DHT11數字溫濕度傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。DHT11數字溫度、濕度傳感器是一款有已經校準數字信號輸出的溫度、濕度傳感器。本次設計中運用了DHT11對智能桌周圍環境溫濕度進行測量。為使DHT11正常工作，需其正確復位。humi(濕度)=byte4.byte3=45.0(％RH)temp(溫度)=byte2.byte1=28.0(℃)（校驗)=byte4+byte3+byte2+byte1=73(=humi+temp)(校驗正確)系統硬件及相關技術參數系統設計方案5、桌椅溫度檢測電路DS18B20是DALLAS公司生產的一線式數字溫度傳感器，具有3引腳TO－92小體積封裝形式；溫度測量范圍為－55℃～＋125℃,可編程為9位～12位A/D轉換精度，測溫分辨率可達0.0625℃，被測溫度用符號擴展的16位數字量方式串行輸出。CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，減輕MSP430的引腳分配負擔。此次我們采用外接電源供電方式外部電源供電方式是DS18B20最佳的工作方式，工作穩定可靠，抗干擾能力強，而且電路也比較簡單，可以開發出穩定可靠的點溫度監控系統。我們應用其與智能桌面，檢測桌面溫度，當達到設定閾值風扇將依據溫度的升降動態調節轉速。P2.2DQ圖9桌椅溫度檢測電路示意圖3.3V工作電源MSP430DS18B20LCD51103.3V系統硬件及相關技術參數系統設計方案6、檢測參數顯示電路Nokia5110性價比高，Nokia5110可以顯示15個漢字，30個字符。Nokia5110裸屏僅8.8元，接口簡單，僅四根I/O線即可驅動，LCD1602需11根I/O線，LCD12864需12根。在考慮I/O口分配等問題后選擇LCD5110。LCD5110系統中顯示模塊，作為系統與使用者的信息交流平臺，第二行TM是溫度RH是濕度值，第三行dis：人是人眼距離桌面的距離，第四行tem：桌面溫度值。第五行為桌周光強亮度。并且顯示“***”與“&&&”的交替變換來告訴使用者數據在不斷更新。圖10LCD5110液晶顯示檢測數據系統硬件及相關技術參數系統設計方案7、實時顯示及監督短信發送電路DS1302是DALLAS公司推出的涓流充電時鐘芯片；內含有一個實時時鐘/日歷和31字節靜態RAM可通過簡單的串行接口與單片機進行通信可提供:秒分時日日期月年的信息每月的天數和閏年的天數可自動調整可通過AM/PM指示決定采用24或12小時格式。保持數據和時鐘信息時功率小于1mW。在本書桌中實現的功能是通過1302芯片在5110顯示屏上顯示日期和時間，如圖11所示。SIM900A模塊是一款尺寸緊湊的GSM/GPRS模塊，采用SMT封裝，基于STE的單芯片案，采用ARM926EJ-S架構,性能強大，可以內置客戶應用程序?？蓮V泛應用于無線POS、手持PDA、智能抄表與電力監控等眾多方向。智能桌中通過適配器輸出5V電壓，再經LM2596穩壓電路輸出SIM900A的工作電壓4.2伏供SIN900A正常工作。但是其發送短信還需要上文提到的DS1302定時通過時鐘控制短信模塊在指定的時間發送短信。8、工作電源電路本智能桌的正常工作需要用到3.3伏，5伏與4.2伏。設計中用到了12伏，穩壓適配器，LM29405伏穩壓芯片，AMS11173.3伏穩壓芯片，LM2596開關電壓調節器。其中4.2V有LM2596調出。根據公示Vout=VREF*(1+R2/R1),R1為1K，R2可調。圖11LCD5110實時顯示實物圖操作演示說明評測與結論本智能控制系統在無人狀態下保持低功耗狀態，但CPU保持喚醒狀態，但檢測到有人靠近書桌是系統開始工作，依次判斷室內環境光照度。選擇是否打開臺燈，然后判斷室溫狀況，選擇是打開風扇降溫還是選擇加熱板給書桌和凳子加熱，若溫度適宜這不需要打開風扇和加熱板。當使用者正常使用書桌時，能及時判斷使用者的坐姿是否正確并做出溫馨的提醒。此外還可以對使用者進行一定程度上的監督，比如使用者在使用過程中無端離開過長時間，會主動發出短信提醒回到學習狀態。這項功能主要是面向兒童的，讓家長可以遠程實時關注孩子的學習狀態。系統評測評測與結論1、自動調光功能測評該部分利用在不同環境亮度下實時觀測，我們明顯可以看出在不同環境下，臺燈的亮度是不同的，所以看出來在亮度不同的環境下臺燈亮度的自行調解已經得以實