智能读写坐姿提醒器的设计

张志玮，郑 坚，张跃进

（华东交通大学信息工程学院，南昌 330013）

由于中小学生认知能力和自制能力普遍较差，家长和老师又很难对他们的日常坐姿进行及时监督，所以他们很容易养成错误的读写习惯[1]。坐姿保护器结构由简单到复杂，有单一化到多元化，科技含量由高到低，一直在不断发展和迈进。基于现代智能化技术，设计一种智能化读写坐姿提醒器，实时监督和体型中小学生的读写坐姿，培养他们良好的读写习惯，从而促进其骨骼的正常发育。

1 智能读写坐姿提醒器系统结构设计

1.1 系统结构整体设计原理

传统的读写坐姿提醒器大多以被动检测为主，具有很强的误差性。而智能读写坐姿提醒器改被动为主动，利用超声波的定向传输和反射原理，直接进行距离测评[2]。其系统结构主体可以分为两部分，一是超声波的定向发射装置和超声波HC-SR04测距模块；二是以STC12C5A60S2单片机为核心的主控装置。其整体框架结构如图1。

图1 智能读写坐姿提醒器设计结构图

图1设计可知，智能读写系统在遇到障碍物后，超声波会进行逆向反射，系统内设计的采用超声波传感器和HCSR04超声波测距模块会通过采集超声波发射时间和反射时间的时间差，计算本体到障碍物的实际距离，通过距离参数，就可以确定佩戴者的坐姿是否合理。

1.2 系统电路设计

智能读写坐姿提醒器的电路原理设计如图2所示。

图2 系统电路图

报警语音集成区A，语音播报转换器VT和扬声器B共同组成提醒器的语音报警系统。SQ内部为超声波测距参数接收装置和电路电源开关。当使用者使用正确读写坐姿时，距离参数值会在正确区间浮动，电路电源开关处于闭合状态，语音集成系统休眠，扬声器静音，通过检测，此过程耗电量小于3微安，可以忽略不计。

2 提醒器软件智能化设计

智能读写坐姿提醒器内的单片机控制系统内置了新一代智能芯片，配合PC端的智能数据信号传输软件，可以将坐姿信息实时显示到LED显示屏内，并生成记录分析日志。单片机内的智能分析系统可以根据距离参数数据智能分析使用者具体处于哪种错误坐姿中，对使用者进行多种不同提醒。

3 实验效果研究

为了系统验证本次研发的智能坐姿提醒器实际应用效果，以过近坐姿、过远坐姿、歪斜坐姿三种不同姿态分别进行五组实验验证，记录提醒器工作情况。

表1 提醒器效果表

根据实验检测，智能读写坐姿提醒器对不同坐坐姿有效提醒率为100%。可以起到提醒使用者保证端正坐姿的作用。

4 结束语

作为青少年近视、驼背、脊柱侧弯的罪魁祸首，青少年读写习惯和坐姿问题已经引起现代社会各界广泛关注。只能读而写坐姿提醒器通过超声波发生和距离差计算系统，准确测出使用者与桌面之间的距离，从而判断使用者坐姿情况，一旦检测到使用者处于错误坐姿，及时进行警报提醒，保证青少年坐姿正确。

[1] 曾令辉.基于位置传感器的中小学生坐姿提醒器设计[J].宁夏工程技术，2017，16（3）：237-239.

[2] 刘云飞.基于STC89单片机的非接触智能卡读写机设计[J].电子制作，2017，18（17）：19-20.