智能学习桌的设计与实现

张玉伽，刘显超，张杨昊昱

（哈尔滨远东理工学院 黑龙江 哈尔滨 150025）

1 引言

普通学习桌存在很多不足之处，例如高度是固定的、灯光强度恒定、功能单一等，这些都给使用带来困扰。智能学习桌更加的人性化，根据使用者的实际情况进行调整，达到最理想的效果。设计必须全面的考虑，在改进的过程中走向完善，为实现打下基础。

2 工作原理

坐姿检测模块主要是利用预设的参数控制驱动模块对桌面的高度进行调整，完全实现了自动化，根据不同使用者的情况决定高度。如果对预设的高度感觉到不舒服，可以自行的调整，并且将数据显示在桌面上。同时使用开始的时候，学习桌就会通过各个传感器检测坐姿是否正确，如果错误就会通过语音的方式提醒，从而纠正坐姿。计时器达到所设定的时间，一般情况下为40分钟，会反馈信号给单片机，单片机通过语音模块告诉使用者起身活动。工作或者学习一段时间后，要适当的进行放松，采用劳逸结合的方式，这样才能提高效率。

信息播报模块是通过光敏传感器采集外界光照度的数据和设定的数据进行对比，分析结果判断是否需要调整灯光。尤其是在夜晚的时候，灯光起着非常重要的作用，但是如果太过于强烈，会导致人的视力下降，给身体造成伤害。相关的传感器可以检测室内光照强度、温度、湿度、有害气体等环境参数，与预设的参数进行对比，如果发现不符合要求，通过发出语音来提醒使用者，可以开窗通风来改善空气质量。以上这些方面都是使用者经常忽略的，但是带来的伤害却非常大，智能学习桌通过自身的功能来解决问题，创建出良好的环境。

3 功能设计

匹配身高。智能学习桌可以根据使用者的身高自动调节到与之匹配的高度，当然也可以手动调整，让使用者更加的舒适。检测坐姿。如果坐姿不正确会导致青少年脊椎发育不良、视力下降等问题，不利于健康的成长。如果长此以往会造成严重的后果，所以必须非常的重视。智能学习桌可以自动监测身体与学习桌的距离，一旦出现错误坐姿就会语音提醒，便于使用者纠正。疲劳提醒。久坐对人的身体也不好，所以要设置一定的时间，到达之后要适当的活动，让身心得到放松。缓解紧张的情绪会让人的思维更加活跃，有效的投身到学习工作中去。

自适应光亮。当周围环境比较阴暗的时候，灯光可以让使用者看的更加清晰，不会受到其他因素的影响。学习桌本身设置着智能调节台灯，可以调整灯光的亮度，从而起到保护视力的作用。

环境监测。学习桌肯定是处于特定的环境之中，一般都是在室内，相关模块可以监测环境质量是否满足要求，如果不达标就要采取相应的措施。例如温度过高，通过开空调来降温，让使用者不会被周围环境影响到。这是最容易忽视的一个部分，因为人们只重视学习桌的使用功能，没有在意外部环境的影响。智能学习桌考虑的非常全面，不仅要获得良好的使用体验，而且减少外部条件的不利影响。

附加功能。使用者可以通过语音或者手机蓝牙播放自己喜欢的音乐，从紧张的状态中解放出来。例如高中学生的压力比较大，思想意识非常的紧张，通过听音乐就可以进行缓解，让大脑更加的清醒，才能投入到学习中去。云服务。将传感器搜集到的数据上传至云服务平台并形成大数据，使用者通过对信息的分析，可以了解自身的情况。针对其中存在的不足之处，可以进行有效的调整，从而更好的使用。当今社会科学技术日新月异，在将来智能学习桌的功能会更多，形成一个完整的体系，让使用者获得不一样的体验，成为学习的有力帮手。

4 硬件结构设计

坐姿检测模块是利用单片机作为主控模块的中央处理器，通过接受计时器、红外漫反射传感器的数据，经过分析之后得出结论，语音提醒使用者坐姿是否正确。智能学习桌可以根据使用情况整理出有效的信息，再与设置的标准进行对比，从而发出相应的指令。通过光敏电阻，利用PWM调光，可以对灯光的强度进行调节，保证不会对视力造成伤害。单片机通过处理温度、湿度等传感器的数据，了解周围环境的情况，通过语音提醒进行调整。这一系列的功能都是自主实现的，体现出智能化的优点，从而更好的为使用者服务，提高学习桌的质量。

PWM调光通过保持LED正向导通电流恒定，可以控制电流导通和关断的时间比例，也就是改变输入脉冲信号的占空比，让LED产生亮暗的变化，从而达到调节灯光强度的目的。当LED亮暗变化频率大于120Hz时，人的眼睛时不会感觉到闪烁，感觉亮度时相对恒定的，没有太大的变化。PWM调光的优势在于LED正向导通的电流时恒定的，决定它的色度不会像模拟调光时产生变化。可见这种技术是非常先进的，从使用者的角度出发，享受到最舒适的体验。良好的视力是学习的保障，通过快速阅读可以极大的提高效率。

利用MQ135气体传感器对有害气体进行检测，让使用者处于安全的环境之中。当传感器处于污染气体的环境之中，自身的电导会所污染气体浓度的增加而增大，相互之间是正比例的关系。使用简单的电路可以将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号，保证二者相互匹配，才能及时的提醒使用者。DHT传感器主要是检测周围环境的温度和湿度，让其达到相应的标准。不可否认，外部环境对学习的影响非常大，所以要减少对使用者的影响，处于舒适的环境之中。让大脑更加的清醒，思维才会更加的敏捷，很大程度上提高了学习效率。

智能语音识别模块采用语音识别，引擎离线式语音识别可以识别非特定人的语音。距离检测采用红外漫反射传感器，通过反射器对准检测到的目标，连续的发射红外线光束，接收器把检测物返射回来的光束转换为电流传输给后面的集成电路，经集成电路处理后再经过放大后输出，就可以实现距离的检测。整个系统包含了多个环节，通过相互之间的配合才能达到最终的目标。可以在最短的时间内检测出实际距离，和使用者匹配的距离进行对比，如果发现有较大的偏差，要及时的提醒并且纠正，始终处于良好的状态之中。

5 软件结构设计

学习桌上电后系统初始化，会自动展开并且升高到预设的高度，对于不同身高的人，只需要触摸相关的按键，调节的高度主要是根据次数来决定，使用起来非常的简单方便。学习桌前端设置传感器检测使用者的坐姿是否正确，当处于错误的状态之中，会及时的提醒纠正，避免对身体造成伤害。还设置有质量检测模块，如果不达标会提醒使用者采用相应的措施改善，开窗通风让室内的空气流通。光照传感器根据光照的强度来调节，防止对人的眼睛产生较大的刺激。计时器当使用到一定时间后，会提醒要适当的进行放松，从紧张的学习状态之中解放出来。当再次使用的时候会重新开始计时，如此往复实现良性循环，给学习提供保障。要树立起创新的意识，要在此基础上实现突破，让结构设计更加全面。

6 结语

综上所述，智能学习桌的设计是非常必要的，可以很好的满足实际需求。其自身具有智能化的优点，不仅能够纠正使用者不好的习惯，而且有利于身心的健康成长，开启智能学习桌的新时代，让学习更加的高效。