智能學(xué)習(xí)桌的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張玉伽，劉顯超，張楊昊昱

（哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院 黑龍江 哈爾濱 150025）

1 引言

普通學(xué)習(xí)桌存在很多不足之處，例如高度是固定的、燈光強(qiáng)度恒定、功能單一等，這些都給使用帶來困擾。智能學(xué)習(xí)桌更加的人性化，根據(jù)使用者的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到最理想的效果。設(shè)計(jì)必須全面的考慮，在改進(jìn)的過程中走向完善，為實(shí)現(xiàn)打下基礎(chǔ)。

2 工作原理

坐姿檢測模塊主要是利用預(yù)設(shè)的參數(shù)控制驅(qū)動模塊對桌面的高度進(jìn)行調(diào)整，完全實(shí)現(xiàn)了自動化，根據(jù)不同使用者的情況決定高度。如果對預(yù)設(shè)的高度感覺到不舒服，可以自行的調(diào)整，并且將數(shù)據(jù)顯示在桌面上。同時(shí)使用開始的時(shí)候，學(xué)習(xí)桌就會通過各個傳感器檢測坐姿是否正確，如果錯誤就會通過語音的方式提醒，從而糾正坐姿。計(jì)時(shí)器達(dá)到所設(shè)定的時(shí)間，一般情況下為40分鐘，會反饋信號給單片機(jī)，單片機(jī)通過語音模塊告訴使用者起身活動。工作或者學(xué)習(xí)一段時(shí)間后，要適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行放松，采用勞逸結(jié)合的方式，這樣才能提高效率。

信息播報(bào)模塊是通過光敏傳感器采集外界光照度的數(shù)據(jù)和設(shè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，分析結(jié)果判斷是否需要調(diào)整燈光。尤其是在夜晚的時(shí)候，燈光起著非常重要的作用，但是如果太過于強(qiáng)烈，會導(dǎo)致人的視力下降，給身體造成傷害。相關(guān)的傳感器可以檢測室內(nèi)光照強(qiáng)度、溫度、濕度、有害氣體等環(huán)境參數(shù)，與預(yù)設(shè)的參數(shù)進(jìn)行對比，如果發(fā)現(xiàn)不符合要求，通過發(fā)出語音來提醒使用者，可以開窗通風(fēng)來改善空氣質(zhì)量。以上這些方面都是使用者經(jīng)常忽略的，但是帶來的傷害卻非常大，智能學(xué)習(xí)桌通過自身的功能來解決問題，創(chuàng)建出良好的環(huán)境。

3 功能設(shè)計(jì)

匹配身高。智能學(xué)習(xí)桌可以根據(jù)使用者的身高自動調(diào)節(jié)到與之匹配的高度，當(dāng)然也可以手動調(diào)整，讓使用者更加的舒適。檢測坐姿。如果坐姿不正確會導(dǎo)致青少年脊椎發(fā)育不良、視力下降等問題，不利于健康的成長。如果長此以往會造成嚴(yán)重的后果，所以必須非常的重視。智能學(xué)習(xí)桌可以自動監(jiān)測身體與學(xué)習(xí)桌的距離，一旦出現(xiàn)錯誤坐姿就會語音提醒，便于使用者糾正。疲勞提醒。久坐對人的身體也不好，所以要設(shè)置一定的時(shí)間，到達(dá)之后要適當(dāng)?shù)幕顒樱屔硇牡玫椒潘?。緩解緊張的情緒會讓人的思維更加活躍，有效的投身到學(xué)習(xí)工作中去。

自適應(yīng)光亮。當(dāng)周圍環(huán)境比較陰暗的時(shí)候，燈光可以讓使用者看的更加清晰，不會受到其他因素的影響。學(xué)習(xí)桌本身設(shè)置著智能調(diào)節(jié)臺燈，可以調(diào)整燈光的亮度，從而起到保護(hù)視力的作用。

環(huán)境監(jiān)測。學(xué)習(xí)桌肯定是處于特定的環(huán)境之中，一般都是在室內(nèi)，相關(guān)模塊可以監(jiān)測環(huán)境質(zhì)量是否滿足要求，如果不達(dá)標(biāo)就要采取相應(yīng)的措施。例如溫度過高，通過開空調(diào)來降溫，讓使用者不會被周圍環(huán)境影響到。這是最容易忽視的一個部分，因?yàn)槿藗冎恢匾晫W(xué)習(xí)桌的使用功能，沒有在意外部環(huán)境的影響。智能學(xué)習(xí)桌考慮的非常全面，不僅要獲得良好的使用體驗(yàn)，而且減少外部條件的不利影響。

附加功能。使用者可以通過語音或者手機(jī)藍(lán)牙播放自己喜歡的音樂，從緊張的狀態(tài)中解放出來。例如高中學(xué)生的壓力比較大，思想意識非常的緊張，通過聽音樂就可以進(jìn)行緩解，讓大腦更加的清醒，才能投入到學(xué)習(xí)中去。云服務(wù)。將傳感器搜集到的數(shù)據(jù)上傳至云服務(wù)平臺并形成大數(shù)據(jù)，使用者通過對信息的分析，可以了解自身的情況。針對其中存在的不足之處，可以進(jìn)行有效的調(diào)整，從而更好的使用。當(dāng)今社會科學(xué)技術(shù)日新月異，在將來智能學(xué)習(xí)桌的功能會更多，形成一個完整的體系，讓使用者獲得不一樣的體驗(yàn)，成為學(xué)習(xí)的有力幫手。

4 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

坐姿檢測模塊是利用單片機(jī)作為主控模塊的中央處理器，通過接受計(jì)時(shí)器、紅外漫反射傳感器的數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析之后得出結(jié)論，語音提醒使用者坐姿是否正確。智能學(xué)習(xí)桌可以根據(jù)使用情況整理出有效的信息，再與設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比，從而發(fā)出相應(yīng)的指令。通過光敏電阻，利用PWM調(diào)光，可以對燈光的強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證不會對視力造成傷害。單片機(jī)通過處理溫度、濕度等傳感器的數(shù)據(jù)，了解周圍環(huán)境的情況，通過語音提醒進(jìn)行調(diào)整。這一系列的功能都是自主實(shí)現(xiàn)的，體現(xiàn)出智能化的優(yōu)點(diǎn)，從而更好的為使用者服務(wù)，提高學(xué)習(xí)桌的質(zhì)量。

PWM調(diào)光通過保持LED正向?qū)娏骱愣?，可以控制電流?dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)間比例，也就是改變輸入脈沖信號的占空比，讓LED產(chǎn)生亮暗的變化，從而達(dá)到調(diào)節(jié)燈光強(qiáng)度的目的。當(dāng)LED亮暗變化頻率大于120Hz時(shí)，人的眼睛時(shí)不會感覺到閃爍，感覺亮度時(shí)相對恒定的，沒有太大的變化。PWM調(diào)光的優(yōu)勢在于LED正向?qū)ǖ碾娏鲿r(shí)恒定的，決定它的色度不會像模擬調(diào)光時(shí)產(chǎn)生變化?？梢娺@種技術(shù)是非常先進(jìn)的，從使用者的角度出發(fā)，享受到最舒適的體驗(yàn)。良好的視力是學(xué)習(xí)的保障，通過快速閱讀可以極大的提高效率。

利用MQ135氣體傳感器對有害氣體進(jìn)行檢測，讓使用者處于安全的環(huán)境之中。當(dāng)傳感器處于污染氣體的環(huán)境之中，自身的電導(dǎo)會所污染氣體濃度的增加而增大，相互之間是正比例的關(guān)系。使用簡單的電路可以將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號，保證二者相互匹配，才能及時(shí)的提醒使用者。DHT傳感器主要是檢測周圍環(huán)境的溫度和濕度，讓其達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。不可否認(rèn)，外部環(huán)境對學(xué)習(xí)的影響非常大，所以要減少對使用者的影響，處于舒適的環(huán)境之中。讓大腦更加的清醒，思維才會更加的敏捷，很大程度上提高了學(xué)習(xí)效率。

智能語音識別模塊采用語音識別，引擎離線式語音識別可以識別非特定人的語音。距離檢測采用紅外漫反射傳感器，通過反射器對準(zhǔn)檢測到的目標(biāo)，連續(xù)的發(fā)射紅外線光束，接收器把檢測物返射回來的光束轉(zhuǎn)換為電流傳輸給后面的集成電路，經(jīng)集成電路處理后再經(jīng)過放大后輸出，就可以實(shí)現(xiàn)距離的檢測。整個系統(tǒng)包含了多個環(huán)節(jié)，通過相互之間的配合才能達(dá)到最終的目標(biāo)?？梢栽谧疃痰臅r(shí)間內(nèi)檢測出實(shí)際距離，和使用者匹配的距離進(jìn)行對比，如果發(fā)現(xiàn)有較大的偏差，要及時(shí)的提醒并且糾正，始終處于良好的狀態(tài)之中。

5 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

學(xué)習(xí)桌上電后系統(tǒng)初始化，會自動展開并且升高到預(yù)設(shè)的高度，對于不同身高的人，只需要觸摸相關(guān)的按鍵，調(diào)節(jié)的高度主要是根據(jù)次數(shù)來決定，使用起來非常的簡單方便。學(xué)習(xí)桌前端設(shè)置傳感器檢測使用者的坐姿是否正確，當(dāng)處于錯誤的狀態(tài)之中，會及時(shí)的提醒糾正，避免對身體造成傷害。還設(shè)置有質(zhì)量檢測模塊，如果不達(dá)標(biāo)會提醒使用者采用相應(yīng)的措施改善，開窗通風(fēng)讓室內(nèi)的空氣流通。光照傳感器根據(jù)光照的強(qiáng)度來調(diào)節(jié)，防止對人的眼睛產(chǎn)生較大的刺激。計(jì)時(shí)器當(dāng)使用到一定時(shí)間后，會提醒要適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行放松，從緊張的學(xué)習(xí)狀態(tài)之中解放出來。當(dāng)再次使用的時(shí)候會重新開始計(jì)時(shí)，如此往復(fù)實(shí)現(xiàn)良性循環(huán)，給學(xué)習(xí)提供保障。要樹立起創(chuàng)新的意識，要在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)突破，讓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加全面。

6 結(jié)語

綜上所述，智能學(xué)習(xí)桌的設(shè)計(jì)是非常必要的，可以很好的滿足實(shí)際需求。其自身具有智能化的優(yōu)點(diǎn)，不僅能夠糾正使用者不好的習(xí)慣，而且有利于身心的健康成長，開啟智能學(xué)習(xí)桌的新時(shí)代，讓學(xué)習(xí)更加的高效。