一种基于STM32的智能桌椅

潘鹏 李浩铭 李瀛康 陈彦作 杨天棋 曾浩

摘 要：本研究项目公开《一种基于STM32的智能桌椅》，其具有调整桌椅的高度功能：通过固定在桌椅下的电机带动机械结构中的轴承旋转调整高度，通过STM32单片机[1]一系列控制，调整高度、倾斜程度让使用者的感到更加的舒适;减少对桌椅更换频率;减少在桌椅方面的资金投入;并在单片机控制的液晶屏[2]幕上显示输入模式，在此模式下通过按键输入身高，数据输入单片机后单片机通过对数据进行公式计算得出所适合的高度，再在屏幕上询问是否按照此高度进行调整，当使用时按下确认时返回信号传给单片机，电机进行驱动，使桌椅进行升降;在控制水平调整的过程中原理和控制升降类似，只是感应高度的超声波改为了倾角传感器，[3]仍然是通过电机的驱动使桌面的水平程度发生改变。

关键词：STM32;单片机;液晶显示屏;倾角传感器

一、背景与现状

（一）智能桌椅研究背景

桌子是一个简单的家用工具，普通的桌子不能够调节高度来满足使用者的需求。很多父母都会为家里读书的孩子购置一套桌椅，但是随着孩子的身高年龄的变化，这些桌椅不能满足孩子当前的身高，有一些桌椅具有调节的功能，但是每一个可达到的状态是固定的，调整的范围不够精确，不能达到最适合孩子的位置。此智能桌椅通过一系列的控制，调整高度、倾斜程度让使用者的感到更加的舒适;减少对桌椅更换频率;减少在桌椅方面的资金投入;对人们坐姿的纠正，保护人们的腰椎;让使用者患腰椎类疾病的几率降低。

传统的桌子一旦制作成功，则无法修改高度，随着人们的年龄增长，对桌子高度需求也有所改变，然而此桌子，综上所述，现有技术存在的问题是：（1）传统的桌子不能随时调节高度，一旦定型则无法修改。（2）现有的桌子功能实现单一，无法满足人们多功能的使用需求。

（二）此研究項目拟解决的问题

（1）现有桌子一旦固定则不可更改高度。

（2）桌子的使用更换频率。

二、研究对象总体设计与研究

（1）构建思路，模块设计如下：①由STM32单片机控制，用于检测人是否坐在椅子上面的压力传感器，且在桌子上方设置有LED显示屏来显示数据;②用于测量身高的超声传感器，根据人体身高来进行最佳高度的选择;③用于传输信号的蓝牙通信模块，[4]同时在云端设置一台服务器，对坐在椅子前面的人的数据进行处理，并将结果推送至桌面LED显示屏;④桌子里面设置有蜂鸣器[5]系统，如遇特殊情况则发出警报。

（2）STM32研究内容。STM32单片机中PC13，PC14和PC15引脚通过电源开关进行供电，而这个电源开关只能够吸收有限的电流（3mA）。因此这三个引脚作为输出引脚时有以下限制：在同一时间只有一个引脚能作为输出，作为输出脚时只能工作在2MHz模式下，最大驱动负载为30pF，并且不能作为电流源（如驱动LED）。

这些引脚在备份区域第一次上电时处于主功能状态下，之后即使复位，这些引脚的状态由备份区域寄存器控制（这些寄存器不会被主复位系统所复位）。

三、此研究对象的解决方案及目标实现

（一）硬件解决方案

如下图所示

（二）软件解决方案

（1）云平台架构。在阿里云端采用公网IP实现蓝牙数据传输接收智能桌子终端的消息，一个使用HTTPS的Web API接口用于手机APP交互;研究具体算法用于后续数据挖掘[6]与处理。

（2）软件设计。使用Java、C++等编程语言完成云端、数据库[7]、手机APP的设计，并且与云平台的Web API接口相连接。

（三）目标实现

（1）通过多次反复试验，得到的倾角传感器数据有效无误，实现精准旋转。

（2）通过压力传感器的不断调试，使检测功能准确实现，来判断人是否坐在椅子上面，LED显示屏能够正确显示，供人们判断。

（3）汇总所有得到的数据，再进行大数据分析，为桌子的后续使用做好相应准备。

四、主要特色

手动按键控制桌椅的升降，调整桌椅的水平程度。①手动输入身高，通过计算得出推荐桌椅高度，询问的到确认后自动调整到相应的高度。②当人站在某特定位置时，人体感应模块能感受到人体信号时，通过超声波模块发出超声波，检测计算身高，如果椅子上的压力传感器没有检测到人坐在上面，则会自动改变桌椅高度。③坐姿识别，在不标准坐姿时自动提醒使用者。④定时任务功能，可以设定番茄时钟定时学习，劳逸结合。⑤手机APP控制桌椅的各种功能。⑥锁定模式，在改变前需要输入密码，避免家里小孩因为误触导致桌椅升降，造成不必要的损伤。

五、总结

此研究对象属于智能桌子技术领域，公开一种基于STM32的智能桌子，设置有单片机;超声传感器与单片机电连接;无线通信模块通过无线信号与云端服务器连接，云端服务器通过无线信号与移动终端连接;5V交流电与单片机、超声传感器、蓝牙模块、超声波模块、压力传感器模块电连接。以普通桌子为载体，采用压力传感器检测人是否坐在椅子上，超声波模块用于计算出人多身高。该研究方向跟前人相比能够改变现有桌子使用年限，提高桌子的工作效率，且可以促进可循环资源的重复利用，能够很好地实现生态和经济双效益的社会价值，为未来智能家居提供技术支撑。

参考文献：

[1]何希才，薛永毅.传感器及其应用实例[M].机械工业出版社，2001.

[2]周继明.传感技术与应用.中南大学出版社.

[3]李全利.单片机原理及接口技术[M].北京：高等教育出版社，2009.2版.

[4]萧玮，杨涛.蓝牙核心技术.电信科学，2001.1.

[5]贾子福.压电蜂鸣器[J].压电与声光，2008（6）.

[6]Jiawei Han.数据挖掘概念与技术.机械工业出版社，2001，8.

[7]姚永一.SQL Server数据库实用教程.北京：电子工业出版社，2010.