宿舍床用智能書桌的設(shè)計(jì)

德州學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 趙興琪 侯曉霞 李 嬌 張 順 趙慧超

宿舍床用智能書桌的設(shè)計(jì)

德州學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 趙興琪 侯曉霞 李 嬌 張 順 趙慧超

現(xiàn)在大學(xué)生的宿舍空間相對(duì)十分狹窄，因此，充分利用有限的空間營(yíng)造一個(gè)舒適、便捷的生活學(xué)習(xí)環(huán)境變得尤為重要。傳統(tǒng)的宿舍床上小書桌具有功能單一、結(jié)構(gòu)不合理、占用空間大、平時(shí)的收取和放置不易等缺點(diǎn)，給生活和學(xué)習(xí)帶來諸多不方便的地方。論文結(jié)合單片機(jī)技術(shù)進(jìn)行了床用新型智能書桌的設(shè)計(jì)，智能書桌可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)折疊、手機(jī)藍(lán)牙操控、多功能智能化操作，而且還有燈光的智能調(diào)節(jié)、風(fēng)扇的智能控制和USB接口的設(shè)計(jì)等功能。最大限度的利用有限的宿舍空間，為同學(xué)們打造一個(gè)更加舒適便捷的生活學(xué)習(xí)環(huán)境。

智能桌椅；單片機(jī)；多功能；便捷

1. 前言

現(xiàn)在有相當(dāng)一部分學(xué)生，在宿舍里是“學(xué)習(xí)不下床，吃飯靠外賣”這樣的狀況，在平時(shí)就算是吃飯和學(xué)習(xí)都會(huì)拿個(gè)小桌子，然后在宿舍的床上解決。市場(chǎng)調(diào)研及研究發(fā)現(xiàn)，首先，床上書桌桌面太矮，長(zhǎng)時(shí)間工作容易造成下肢麻木疼痛、肢體扭曲，而且臉部長(zhǎng)時(shí)間貼近電腦造成輻射過大，眼睛疲勞，上身脊柱彎曲變形，腰椎變形等問題，坐姿不正和用眼過度也讓學(xué)生黨感到十分煩惱；其次，床上書桌功能過于單一，無法滿足多功能、智能化的要求；最后，床上小書桌比較笨重、占用空間大而且收取存放十分麻煩，當(dāng)桌子在床上的時(shí)候，其它東西的放置也會(huì)極為不方便。因此，市場(chǎng)上迫切希望一款可以充分利用空間，設(shè)計(jì)合理、多功能、智能化的新型床用書桌的出現(xiàn)，在這種市場(chǎng)背景下，論文結(jié)合單片機(jī)技術(shù)進(jìn)行了宿舍床用新型智能書桌的設(shè)計(jì)，智能書桌可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)折疊、手機(jī)藍(lán)牙操控、多功能智能化操作，具有USB接口的設(shè)計(jì)，以及臺(tái)燈、風(fēng)扇等智能調(diào)節(jié)功能，在充分利用有限生活空間的同時(shí)，為同學(xué)們打造一個(gè)更加便捷的生活學(xué)習(xí)環(huán)境。

2. 新型床用智能書桌的設(shè)計(jì)

2.1 自動(dòng)折疊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

智能書桌的自動(dòng)折疊功能是本產(chǎn)品最大的一個(gè)亮點(diǎn)，它可以更加合理的利用宿舍的狹小空間。其的工作方式是，通過單片機(jī)控制強(qiáng)扭力舵機(jī)來實(shí)現(xiàn)書桌的折疊功能[1]。書桌的設(shè)計(jì)共分為三部分“書桌貼近墻壁一側(cè)的支撐面、平實(shí)的桌面和兩個(gè)桌腿”。舵機(jī)安置于三個(gè)結(jié)構(gòu)的銜接處，并且所有結(jié)構(gòu)均隱藏在書桌的里側(cè)。同時(shí)書桌的側(cè)邊支撐面是中空結(jié)構(gòu)，所以內(nèi)部布線使得外觀十分美觀，且書桌因此變得十分輕便易于攜帶。

通過開關(guān)發(fā)送給單片機(jī)一個(gè)折疊的命令，在按下開關(guān)后就可以實(shí)現(xiàn)智能書桌的自動(dòng)折疊?，F(xiàn)代電子技術(shù)的高速發(fā)展，使得數(shù)字系統(tǒng)在各類產(chǎn)品中的應(yīng)用也越來越廣泛，對(duì)于外界環(huán)境的變化，通過光電、超聲波、紅外線測(cè)距傳感器來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和接受外界的數(shù)據(jù)。將檢測(cè)到的所有信息通過 A/ D、 D/ A的轉(zhuǎn)換，即模擬與數(shù)字信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換，然后把轉(zhuǎn)換了的數(shù)字信號(hào)傳遞給單片機(jī)。單片機(jī)就通過已經(jīng)燒錄進(jìn)去的給定程序，來對(duì)相應(yīng)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)來進(jìn)行操作。

書桌的折疊通過安置在書桌側(cè)面的一個(gè)按鈕裝置，輕輕的一按便可實(shí)現(xiàn)書桌的自動(dòng)折疊，折疊后的書桌寬度僅有5cm，貼于宿舍墻壁上，不占用其余床鋪空間。

2.2 姿勢(shì)矯正系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

將光電測(cè)距傳感器安置于桌面的下方，并將其與一蜂鳴器裝置鏈接。它具體的工作方式是，光電傳感器檢測(cè)人平時(shí)使用書桌時(shí)與桌面的距離，并有兩種模式。“寫作模式”和“電腦使用模式”，在“寫作模式”下，身勢(shì)不端正，距離與桌面低于一拳；“電腦使用模式”下，距離設(shè)定為一扎（15 cm）的情況下，會(huì)被系統(tǒng)認(rèn)定為姿勢(shì)不規(guī)整，然后蜂鳴器將會(huì)發(fā)出警報(bào)，提醒同學(xué)更正姿勢(shì)，以達(dá)到矯正坐姿的目的，以及減少因坐姿不正造成的下肢麻木疼痛和臉部長(zhǎng)時(shí)間貼近電腦造成輻射過大、眼睛疲勞、上身嵴柱彎曲等問題。

2.3 燈光控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

這款書桌的設(shè)計(jì)主要在于智能化和便捷化，所以設(shè)計(jì)了一套燈光自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在宿舍里，尤其是在床上，很多時(shí)候是很不在意光線的變化的，以至于很多同學(xué)用眼易疲勞，近視加深。所以在書桌上采用GY-30數(shù)字光模塊，這款數(shù)字光模塊可對(duì)周圍光環(huán)境進(jìn)行高精度檢測(cè)，傳感器內(nèi)置16bitAD轉(zhuǎn)換器，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳遞給單片機(jī)，然后通過程序控制單片機(jī)IO口的輸出[2]，以達(dá)到對(duì)于燈光的控制。最終實(shí)現(xiàn)無需人隨時(shí)關(guān)注，這個(gè)系統(tǒng)會(huì)根據(jù)周圍光線，自動(dòng)將光度調(diào)節(jié)到最適宜學(xué)習(xí)的亮度。

2.4 風(fēng)扇控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

這套系統(tǒng)是專為懶人設(shè)計(jì)的，想想平時(shí)在宿舍中打游戲時(shí)，根本騰不開手去調(diào)節(jié)風(fēng)扇。

而且現(xiàn)在宿舍中大多小吊扇直接將扇葉裸露在外面，沒有防護(hù)裝置，很不安全。所以將超聲波測(cè)距裝置與風(fēng)扇相鏈接，初始狀態(tài)，只要有人在風(fēng)扇前20cm左右輕輕揮動(dòng)即可啟動(dòng)風(fēng)扇。而且它會(huì)根據(jù)扇葉前方物體的遠(yuǎn)近來控制風(fēng)速的快慢，當(dāng)同學(xué)在安全距離外，它的工作風(fēng)速會(huì)提高，當(dāng)有物體距離接近的時(shí)候，它會(huì)運(yùn)行的越來越慢，直至停止。它的工作原理是，通過超聲波測(cè)距將檢測(cè)到的距離信號(hào)傳遞給單片機(jī)，然后通過單片機(jī)程序來控制風(fēng)扇的啟動(dòng)停止已經(jīng)轉(zhuǎn)速的快慢。

2.5 外置接口的設(shè)計(jì)

在USB技術(shù)已經(jīng)十分成熟的今天，在宿舍中，仍有不少同學(xué)反映USB接口不夠用的問題。所以在書桌的側(cè)方支撐面外側(cè)安置了一些USB接口，可以對(duì)不同的設(shè)備進(jìn)行供電等，如手機(jī)、USB小臺(tái)燈等。

2.6 藍(lán)牙遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

書桌的各個(gè)功能，自動(dòng)折疊、燈光、風(fēng)扇、矯正等系統(tǒng)，均通過單片機(jī)和電路與藍(lán)牙建立連接，因此手機(jī)上下載一款藍(lán)牙控制的app軟件之后，書桌的全部功能就都可以通過手機(jī)來控制了[3]。

書桌的各個(gè)功能系統(tǒng)通過單片機(jī)相連接，由手機(jī)終端或者書桌上的按鈕來進(jìn)行各種操作控制。將控制程序燒錄進(jìn)單片機(jī)后，只要手機(jī)或者按鈕開關(guān)的啟動(dòng)信號(hào)傳遞給單片機(jī)，其便可通過已經(jīng)寫好的程序，開始對(duì)各個(gè)功能系統(tǒng)的啟動(dòng)與控制。

燈光、風(fēng)扇和身姿矯正系統(tǒng)的傳感器裝置，會(huì)在單片機(jī)接收到信號(hào)指令之后開始檢測(cè)工作，并將檢測(cè)到的AD值傳遞回單片機(jī)，最終采集值和預(yù)定值對(duì)比后，開啟相應(yīng)的工作。自動(dòng)折疊功能，通過手機(jī)或者按鈕開關(guān)開啟或者關(guān)閉后，都會(huì)直接傳遞給單片機(jī)系統(tǒng)一個(gè)響應(yīng)，然后做出相應(yīng)的指令。

3. 新型床用智能書桌設(shè)計(jì)的技術(shù)關(guān)鍵

為了保證各系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，新型床用智能書桌的設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)主要有三點(diǎn)：

（1）單片機(jī)強(qiáng)大的性能，使其可以快速的處理各種程序命令，協(xié)調(diào)好同各個(gè)系統(tǒng)之間的關(guān)系，通過單片機(jī)和系統(tǒng)之間良好的配合與控制，從而保證了書桌功能的穩(wěn)定性；

（2）遠(yuǎn)程藍(lán)牙信號(hào)與各個(gè)系統(tǒng)之間的鏈接；

（3）AD信號(hào)采集的準(zhǔn)確性，系統(tǒng)反應(yīng)的時(shí)效性，折疊功能中對(duì)于舵機(jī)的控制，通過舵機(jī)可以精確地控制和定位書桌的折疊程度，高精確性的各種傳感器模塊，將檢測(cè)到的信號(hào)即時(shí)的傳遞回單片機(jī)。

4. 新型床用智能書桌設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性

床用智能書桌主要針對(duì)于大學(xué)生宿舍空間狹小，在宿舍床上使用傳統(tǒng)書桌笨重不方便的現(xiàn)象。具有以下創(chuàng)新性：

（1）可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)折疊。自動(dòng)折疊功能能夠極大地節(jié)約空間，而且書桌相對(duì)輕便，便于收取和存放。

（2）可以實(shí)現(xiàn)姿態(tài)矯正。姿態(tài)矯正功能能夠減少因坐姿不正造成的下肢麻木疼痛和臉部長(zhǎng)時(shí)間貼近電腦造成輻射過大、眼睛疲勞、上身脊柱彎曲等問題。

（3）可以實(shí)現(xiàn)燈光調(diào)節(jié)。燈光調(diào)節(jié)系統(tǒng)會(huì)根據(jù)周圍光線，自動(dòng)將光度調(diào)節(jié)到最適宜學(xué)習(xí)的亮度，有利于保護(hù)眼睛視力。

（4）可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇調(diào)節(jié)。風(fēng)扇控制系統(tǒng)能夠有效的提高風(fēng)扇工作過程中的安全性。

5. 總結(jié)

傳統(tǒng)的宿舍床上小書桌具有功能單一、結(jié)構(gòu)不合理、占用空間大、平時(shí)的收取和放置不易等缺點(diǎn)，給生活和學(xué)習(xí)帶來諸多不方便的地方。論文結(jié)合單片機(jī)技術(shù)進(jìn)行了宿舍床用新型智能書桌的設(shè)計(jì)，智能書桌可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)折疊、手機(jī)藍(lán)牙操控、多功能智能化操作，而且還有燈光的智能調(diào)節(jié)、風(fēng)扇的智能控制和USB接口的設(shè)計(jì)等功能。最大限度的利用有限的宿舍空間，為同學(xué)們打造一個(gè)更加舒適便捷的生活學(xué)習(xí)環(huán)境。

[1]李智輝.基于ARM的舵機(jī)控制器研究[D].北京:北京理工大學(xué),2008:42-46.

[2]侯亮,唐任仲,徐燕申.產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)理論、技術(shù)與應(yīng)用研究進(jìn)展[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2004,40(1):56-60.

[3]李元建.藍(lán)牙與智能家居[J].電子技術(shù),2007,02.