基于STM32的智能多用书桌

摘要：以STM32F103单片机为控制核心，对由各传感器组成的前端进行信息采集，通过单片机信号处理后，自动控制各输出设备的工作状态。用STM32单片机实现的智能多用书桌，利用单片机本身的功能特点和人体感应模块、温湿度传感器、超声波模块，实现环境光强检测、MCU信号处理与执行、备忘事项提示、时钟配置和语音提醒等诸多功能，不但能为多个年龄段的人群提供多样化的功能需求，而且价格便宜易普及，同时其节能环保的特性亦有利于全球生态的健康发展。

关键词：STM32 传感器 智能 自动控制

中图分类号：TP273+.1 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）11-0102-02

Abstract：The STM32F103 as the control core，composed of various sensors front-end for information collection，through the monolithic integrated circuit after signal processing， automatically control the working state of theoutput device.The intelligent multipurpose desk realized by the STM32 MCU， with the full use of the functions and characteristics of the itself and the human body induction module， temperature-humidity sensors， ultrasonicmodule， realizes the detection of environmental light， signals processing and execution of the MCU ， the to-doitems hint， the clock configuration and voice remind .It can not only provide multiple age groups of people with a variety of functional requirements， but also be easy to popularize， cheaper and the characteristics of the energy conservation and environmental protection is also beneficial to the healthy development of the global ecology.

Key Words：STM32；sensor；intelligent；automatic control

近年来，随着智能家居行业飞速发展的影响不断扩大，吸引了越来越多的人关注智能家居对家庭带来的种种裨益，其中就包括了人们每天工作、学习都要用到的书桌。目前市场上的智能书桌大多都是面向儿童进行设计，适用人群较为狭窄，而且价格昂贵，普及度较低，同时智能书桌的功能也较为简单，难以满足人们对功能多样化的需求。与此同时，高昂的制作成本往往意味着产品对水、电等自然资源的浪费，不符合其节能环保的特性亦不利于全球生态的健康发展。

本设计将信号与信息处理技术和自动控制技术引进到日常生活中常用的书桌中来，实用新颖，配有的人体感应模块能实时监测其感应范围内有无人的出现来控制台灯的开关以及通过光敏电阻控制其亮度，同时通过上下缓慢滑动的超声波模块测量变化的距离，并通过STM32微处理器对信息的处理和分析，来调节座椅的高度以适应人体，在工作、学习的过程中，通过距离反馈和语音提示不断调节人眼与书的距离，同时启动时钟模块以防人长时间阅读，借此来保护人的眼睛，为人体健康、舒适和便捷提供合理的保障，具有很强的科学性。

1 系统硬件设计

1.1 系统硬件设计总体框架

系统硬件设计包括单片机信号处理模块，主要采用STM32F103

ZET6芯片；信息采集模块，采用人体感应模块实时检测其感应范围内有无人出现，采用超声波测距模块进行距离测试，采用温湿度检测模块实时监测周围环境的温度和湿度，采用时钟模块进行定时和自动控制；而自动控制模块，采用语音播报模块进行备忘事项语音提醒，采用OLED显示屏进行实时数据显示，台灯和步进电机作为输出设备分别进行精准的亮度和转速控制。系统总体框架如图1所示。

1.2 人体感应模块（HC-SR501）

人体感应模块具有全自动感应功能：当有人进入其感应范围则输出高电平，当人离开其感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。同时电路中的光敏电阻使其具有光敏控制模式，通过调节令其在白天或光强时不感应，节约电能。并且可通过跳线连接选择可重复触发和不可重复触发方式，其中可重复触发方式：即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平（感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点）；不可重复触发方式：即感应输出高电平后，延时时间段一结束，输出将自动从高电平变成低电平。触发方式的选择为人频繁出现和离开而导致模块反应速度的变化提供了良好的解决办法。其电路原理如图2所示，感应范围如图3所示。

1.3 超声波测距模块（HC-SR04）

超声波测距模块采用IO触发测距，给至少10us的高电平信号，模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回，当有信号返回时，通过IO输出一高电平，高电平持续时间就是超声波从发射到返回的时间，测试距离=（高电平时间*声速（340m/s）/2，即为人的大致身高，以此来调节座椅的高度，并通过OLED显示屏直观形象地将数据显示出来。

1.4 温湿度检测模块（DHT11）

温湿度检测模块结构简单，在正常工作的情况下，以数字输出的形式显示在OLED显示屏上来供人参考，确保人以一个良好稳定的情绪进入工作、学习的状态。

1.5 时钟模块

时钟模块采用触发-循环-定时-延时开关，并且用MOS管控制板代替继电器，可实现电路高频快速频繁通断且通断过程不会产生噪音、电火花和电磁干扰。P1-1～P1-4工作模式选择，接通电源后，长按K1？ 2秒以后进入选择功能模式，能向人提供不同循环时长的定时需求，为备忘事项提醒提供了自由的时间域，同时一方面通过定时控制语音播放模块，设定时间来提醒人具体时间要做的事情，另一方面当人短暂离开时，确保灯不会立即熄灭，而是一段时间后经检测确定无人时再关掉所有设备，有利于节约电能。

1.6 语音播报模块

语音播报模块带有9个触发端口和3W功放，且声音可调，支持最大内存16G和MP3、WAV播放格式，正常工作时通过超声波模块来测量人的眼睛离文件的距离，当低于一定距离时，主控芯片通过给语音播放模块A1-A9端口低位来播放装在SD卡里的人性化语音提示，让人有一个合理的工作状态，有利于保护人的眼睛，同时头距离OLED显示屏显示具体的距离。

2 系统软件设计

本系统软件设计分为5个部分，主要包括OLED显示屏显示驱动程序；超声波驱动和距离测试程序；电机驱动程序；台灯亮度控制程序；语音内容播报程序等。系统主程序工作流程如图4所示。

3 结语

本系统将信号与信息处理技术和自动控制技术引进到日常生活中常用的书桌中来，实用新颖，很大程度地方便了人们的生活，制作成本较低，又因其功能的多样化，不但可以收到更多低收入家庭的欢迎，还适用于多年龄段的人群，也可逐渐摆脱人们对手机的依赖，减少手机对人们身体和心灵上的伤害，增加对自然环境的保护。

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