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摘要：本文介绍了以STC15F2K60S2为控制核心的智能座椅，该系统利用温度、光照强度、噪音、红外等多种传感器对座椅的环境进行检测，通过触摸屏显示出来，并用语音提示当前环境是否适合学习。通过触屏设置学习时间，定点语音提醒以及日历、时钟等功能。该智能座椅功能强大，可帮助孩子养成良好的学习习惯。
关键词：智能座椅；传感器；语音播报
1 引言
当今社会，随着科技与经济的发展，很多孩子学习环境中被电脑、手机等所影响，孩子的学习专注度与自制力难以养成，家长没有管理孩子学习时间习惯。目前，在儿童座椅的研究上大致分两个方向，一是居家，多注重外在包装和机械矫正坐姿；二是汽车安全座椅，多注重意外安全。但针对孩子学习的座椅设计，却少见。针对这一问题，为了满足孩子与家长的需求，提升孩子的兴趣，让孩子自主学习，我们设计了一款智能座椅。该座椅具有定时功能，在学习时间过长的情况下，提醒孩子适当的休息，并设有检测环境光强及嘈杂度的功能，对学习环境进行提示，不仅能提升学习效率，同时让孩子养成很好的学习习惯。
2 系统整体方案
本系统主要由传感器采集部分、语音播报部分以及人机交互部分组成。如图1所示：
噪音传感器检测当前环境噪音大小，输出电平信号由MCU接收处理；光敏传感器测量当前环境光线强度，输出模拟信号，通过MCU内部ADC采集；温度传感器采用DS18B20测量当前温度，输出数字信号直接由MCU处理；红外传感器检测当前是否有人坐下，将电平信号输出给MCU。MUC将这些数据处理后在触摸屏上显示，当超出设定阈值时通过语音播报出来。此外，可以通过触摸屏设置学习时间，定点语音提醒以及日历、时钟等功能。
3 主要电路设计
3.1光敏电阻传感器
如图2所示，光敏电阻的阻值会随着光照强度的变化而变化，其两端的电压值也会随之变化。通过模数转换器ADC采集当前电压值就可以表示光照强度。再通过LM393比较器与某一设定阈值比较可输出高低电平，该阈值可以通过滑动变阻器调节。图2中AC接单片机的内部ADC，OUT接单片IO口。
3.2红外传感器模块
如图4所示，红外发射二极管不断发射红外线，当发射出的红外线没有被反射回来时，光敏三极管一直处于关断状态，此时模块的输出端为低电平；被檢测物体出现在检测范围内时，红外线被反射回来且强度足够大，此时模块的输出端为高电平。
3.3声音传感器模块
如图4所示，声音信号由三极管放大后通过LM393比较器与设定阈值进行比较输出电平信号，阈值可以通过滑动变阻器调节，图中OUT接入单片机IO口检测电平信号。
3.4语音合成模块
语音模块与MCU有SPI、串口两种通信方式，本设计采用串口通信。通过串口把想要合成的语音数据发送到模块，由语音合成芯片SY6658将语音信号合成，再通过功率放大电路将语音信号放大输出，整个系统框图如图5所示。
4 软件设计
本设计本采用宏晶公司的STC15F2K60S2单片机为主控芯片，程序一开始初始化各个外设，并设置默认的学习时间为30分钟，采集各个传感器的数据显示到屏幕上，并实时监测当前环境的数据是否超过阈值，如果超过则语音播报提醒，如果学习时间到了则语音提醒学习时间已到。同时监测触摸屏是否被按下，并将按下的返回值进行处理，实现对应的功能。
5 实验分析
6 结论
由上述实验测试，可以得出以下结论：检测当前环境的光强、噪音以及温度效果良好，学习时间的设置和语音提醒各个功能都很完善，电子日历也十分准确。但是语音模块播报时可能存在声音过大的情况，导致误判断为噪音，可以通过减小系统供电电流来改善。
参考文献：
[1]郭天祥，51单片机C语言教程[M].北京：电子工业出版社，2008：79-86
[2]黄智伟，全国大学生电子设计竞赛[M].北京：航天航空大学出版社，2008：29-32.
[3]郭克友，陈雪洁，纪彬. 基于SYN6288的车速语音播报系统设计[J]. 实验技术与管理，2014，31（01）：87-90.
[4]廖泽鑫. 温度传感器的设计与研究[D].复旦大学，2012.
[5]许少华，孙海兴，邓风永. 触摸屏和远方仪表的串口通讯应用研究[J]. 科技视界，2015，（27）：128-129+198.
[6] 薛晨阳，谭秋林，马游春，秦海涛，翟成瑞，张文栋. 红外传感器的信号提取和数据采集的设计[J]. 仪表技术与传感器，2007，（02）：45-46+49.
作者简介：杨果仁（1970.9----），男，汉，四川广元，副教授，成都师范学院工作，硕士学位，研究方向：现代教育技术。
项目：2017年国家级创新创业项目：会说话的智能座椅（201714389024）
成都师范学院教改项目：工程教育认证视野下汽车服务工程专业应用型人才培养途径研究与实践（2016JG20）数字预失真系统非线性建模研究（CS15ZB03）
关键词：智能座椅；传感器；语音播报
1 引言
当今社会，随着科技与经济的发展，很多孩子学习环境中被电脑、手机等所影响，孩子的学习专注度与自制力难以养成，家长没有管理孩子学习时间习惯。目前，在儿童座椅的研究上大致分两个方向，一是居家，多注重外在包装和机械矫正坐姿；二是汽车安全座椅，多注重意外安全。但针对孩子学习的座椅设计，却少见。针对这一问题，为了满足孩子与家长的需求，提升孩子的兴趣，让孩子自主学习，我们设计了一款智能座椅。该座椅具有定时功能，在学习时间过长的情况下，提醒孩子适当的休息，并设有检测环境光强及嘈杂度的功能，对学习环境进行提示，不仅能提升学习效率，同时让孩子养成很好的学习习惯。
2 系统整体方案
本系统主要由传感器采集部分、语音播报部分以及人机交互部分组成。如图1所示：
噪音传感器检测当前环境噪音大小，输出电平信号由MCU接收处理；光敏传感器测量当前环境光线强度，输出模拟信号，通过MCU内部ADC采集；温度传感器采用DS18B20测量当前温度，输出数字信号直接由MCU处理；红外传感器检测当前是否有人坐下，将电平信号输出给MCU。MUC将这些数据处理后在触摸屏上显示，当超出设定阈值时通过语音播报出来。此外，可以通过触摸屏设置学习时间，定点语音提醒以及日历、时钟等功能。
3 主要电路设计
3.1光敏电阻传感器
如图2所示，光敏电阻的阻值会随着光照强度的变化而变化，其两端的电压值也会随之变化。通过模数转换器ADC采集当前电压值就可以表示光照强度。再通过LM393比较器与某一设定阈值比较可输出高低电平，该阈值可以通过滑动变阻器调节。图2中AC接单片机的内部ADC，OUT接单片IO口。
3.2红外传感器模块
如图4所示，红外发射二极管不断发射红外线，当发射出的红外线没有被反射回来时，光敏三极管一直处于关断状态，此时模块的输出端为低电平；被檢测物体出现在检测范围内时，红外线被反射回来且强度足够大，此时模块的输出端为高电平。
3.3声音传感器模块
如图4所示，声音信号由三极管放大后通过LM393比较器与设定阈值进行比较输出电平信号，阈值可以通过滑动变阻器调节，图中OUT接入单片机IO口检测电平信号。
3.4语音合成模块
语音模块与MCU有SPI、串口两种通信方式，本设计采用串口通信。通过串口把想要合成的语音数据发送到模块，由语音合成芯片SY6658将语音信号合成，再通过功率放大电路将语音信号放大输出，整个系统框图如图5所示。
4 软件设计
本设计本采用宏晶公司的STC15F2K60S2单片机为主控芯片，程序一开始初始化各个外设，并设置默认的学习时间为30分钟，采集各个传感器的数据显示到屏幕上，并实时监测当前环境的数据是否超过阈值，如果超过则语音播报提醒，如果学习时间到了则语音提醒学习时间已到。同时监测触摸屏是否被按下，并将按下的返回值进行处理，实现对应的功能。
5 实验分析
6 结论
由上述实验测试，可以得出以下结论：检测当前环境的光强、噪音以及温度效果良好，学习时间的设置和语音提醒各个功能都很完善，电子日历也十分准确。但是语音模块播报时可能存在声音过大的情况，导致误判断为噪音，可以通过减小系统供电电流来改善。
参考文献：
[1]郭天祥，51单片机C语言教程[M].北京：电子工业出版社，2008：79-86
[2]黄智伟，全国大学生电子设计竞赛[M].北京：航天航空大学出版社，2008：29-32.
[3]郭克友，陈雪洁，纪彬. 基于SYN6288的车速语音播报系统设计[J]. 实验技术与管理，2014，31（01）：87-90.
[4]廖泽鑫. 温度传感器的设计与研究[D].复旦大学，2012.
[5]许少华，孙海兴，邓风永. 触摸屏和远方仪表的串口通讯应用研究[J]. 科技视界，2015，（27）：128-129+198.
[6] 薛晨阳，谭秋林，马游春，秦海涛，翟成瑞，张文栋. 红外传感器的信号提取和数据采集的设计[J]. 仪表技术与传感器，2007，（02）：45-46+49.
作者简介：杨果仁（1970.9----），男，汉，四川广元，副教授，成都师范学院工作，硕士学位，研究方向：现代教育技术。
项目：2017年国家级创新创业项目：会说话的智能座椅（201714389024）
成都师范学院教改项目：工程教育认证视野下汽车服务工程专业应用型人才培养途径研究与实践（2016JG20）数字预失真系统非线性建模研究（CS15ZB03）