智能讀寫坐姿提醒器的設(shè)計(jì)

張志瑋，鄭 堅(jiān)，張躍進(jìn)

（華東交通大學(xué)信息工程學(xué)院，南昌 330013）

由于中小學(xué)生認(rèn)知能力和自制能力普遍較差，家長(zhǎng)和老師又很難對(duì)他們的日常坐姿進(jìn)行及時(shí)監(jiān)督，所以他們很容易養(yǎng)成錯(cuò)誤的讀寫習(xí)慣[1]。坐姿保護(hù)器結(jié)構(gòu)由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，有單一化到多元化，科技含量由高到低，一直在不斷發(fā)展和邁進(jìn)?；诂F(xiàn)代智能化技術(shù)，設(shè)計(jì)一種智能化讀寫坐姿提醒器，實(shí)時(shí)監(jiān)督和體型中小學(xué)生的讀寫坐姿，培養(yǎng)他們良好的讀寫習(xí)慣，從而促進(jìn)其骨骼的正常發(fā)育。

1 智能讀寫坐姿提醒器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)原理

傳統(tǒng)的讀寫坐姿提醒器大多以被動(dòng)檢測(cè)為主，具有很強(qiáng)的誤差性。而智能讀寫坐姿提醒器改被動(dòng)為主動(dòng)，利用超聲波的定向傳輸和反射原理，直接進(jìn)行距離測(cè)評(píng)[2]。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主體可以分為兩部分，一是超聲波的定向發(fā)射裝置和超聲波HC-SR04測(cè)距模塊；二是以STC12C5A60S2單片機(jī)為核心的主控裝置。其整體框架結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 智能讀寫坐姿提醒器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖

圖1設(shè)計(jì)可知，智能讀寫系統(tǒng)在遇到障礙物后，超聲波會(huì)進(jìn)行逆向反射，系統(tǒng)內(nèi)設(shè)計(jì)的采用超聲波傳感器和HCSR04超聲波測(cè)距模塊會(huì)通過采集超聲波發(fā)射時(shí)間和反射時(shí)間的時(shí)間差，計(jì)算本體到障礙物的實(shí)際距離，通過距離參數(shù)，就可以確定佩戴者的坐姿是否合理。

1.2 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

智能讀寫坐姿提醒器的電路原理設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)電路圖

報(bào)警語音集成區(qū)A，語音播報(bào)轉(zhuǎn)換器VT和揚(yáng)聲器B共同組成提醒器的語音報(bào)警系統(tǒng)。SQ內(nèi)部為超聲波測(cè)距參數(shù)接收裝置和電路電源開關(guān)。當(dāng)使用者使用正確讀寫坐姿時(shí)，距離參數(shù)值會(huì)在正確區(qū)間浮動(dòng)，電路電源開關(guān)處于閉合狀態(tài)，語音集成系統(tǒng)休眠，揚(yáng)聲器靜音，通過檢測(cè)，此過程耗電量小于3微安，可以忽略不計(jì)。

2 提醒器軟件智能化設(shè)計(jì)

智能讀寫坐姿提醒器內(nèi)的單片機(jī)控制系統(tǒng)內(nèi)置了新一代智能芯片，配合PC端的智能數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸軟件，可以將坐姿信息實(shí)時(shí)顯示到LED顯示屏內(nèi)，并生成記錄分析日志。單片機(jī)內(nèi)的智能分析系統(tǒng)可以根據(jù)距離參數(shù)數(shù)據(jù)智能分析使用者具體處于哪種錯(cuò)誤坐姿中，對(duì)使用者進(jìn)行多種不同提醒。

3 實(shí)驗(yàn)效果研究

為了系統(tǒng)驗(yàn)證本次研發(fā)的智能坐姿提醒器實(shí)際應(yīng)用效果，以過近坐姿、過遠(yuǎn)坐姿、歪斜坐姿三種不同姿態(tài)分別進(jìn)行五組實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，記錄提醒器工作情況。

表1 提醒器效果表

根據(jù)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，智能讀寫坐姿提醒器對(duì)不同坐坐姿有效提醒率為100%?？梢云鸬教嵝咽褂谜弑ＷC端正坐姿的作用。

4 結(jié)束語

作為青少年近視、駝背、脊柱側(cè)彎的罪魁禍?zhǔn)祝嗌倌曜x寫習(xí)慣和坐姿問題已經(jīng)引起現(xiàn)代社會(huì)各界廣泛關(guān)注。只能讀而寫坐姿提醒器通過超聲波發(fā)生和距離差計(jì)算系統(tǒng)，準(zhǔn)確測(cè)出使用者與桌面之間的距離，從而判斷使用者坐姿情況，一旦檢測(cè)到使用者處于錯(cuò)誤坐姿，及時(shí)進(jìn)行警報(bào)提醒，保證青少年坐姿正確。

[1] 曾令輝.基于位置傳感器的中小學(xué)生坐姿提醒器設(shè)計(jì)[J].寧夏工程技術(shù)，2017，16（3）：237-239.

[2] 劉云飛.基于STC89單片機(jī)的非接觸智能卡讀寫機(jī)設(shè)計(jì)[J].電子制作，2017，18（17）：19-20.