智能感应椅训练项目中智能感应问题分析

王秀文 刘书乐 韩强

摘 要：随着当代社会科技的进步，传感器在生活中的应用也越来越广泛，不再是局限于手机、平板电脑等日常用品，而是以更多的形式呈现在我们面前。智能传感具有良好的发展前景，虽然目前智能感应仍存在许多方面的问题，但随着科技的不断进步和社会的不断发展，智能感应将会具有更大的应用价值。

关键词：智能；感应；传感

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.108

20世纪80年代以来，作为现代信息技术的三大支柱之一的传感技术，获得了飞速发展。但是普通传感器所具备的感知和输出的功能单一、失效后无法及时判定等问题，越来越制约信息技术和自动化技术的发展，已然不能满足客户的差异化需求。随着人工智能技术的发展，以及市场需求，智能传感器应运而生。智能传感器作为网络化、智能化、系统化的自主感知器件，是实现智能制造和物联网的基础。但是就目前来说，智能感应器还未在日常生活中取得广泛应用。

2017年9月，“智能感应椅”大学生创新创业训练计划项目获得国家级立项。大学生创新创业训练计划项目是教育部“高等学校本科教学质量与教学改革工程”重点建设项目，旨在培养大学生的创新精神、创业意识和实践能力，是应用型人才培养的重要实践教学环节，是大学生创新创业教育实践平台的重要组成部分。本项目是在校大学生利用现学理论知识指导实践的有实用价值的探索，最初来源是学生通过观察获得，课堂中有部分同学听讲不集中，无法有效获得讲授知识，单纯依靠老师监督和临近同学提醒也不能有效解决问题，可不可以通过所学知识研发一种能通过脑电波和心跳等生理变化感知学生听讲状态的椅子呢？通过研究相关资料，感觉可行性较高，在项目获得审批后采购原料设备，寻找相关技术指导老师支持，一定程度解决了该项目的基本技术问题。

1 训练项目的内容

训练项目中的智能感应椅包含多个传感器、微处理器，双金属片、铜热电阻、铂热电阻、热电偶及半导体热敏电阻以及其他电路如电源、传感器数据表、ADC（模拟数字转换器，Analog to Digital Converter）信号滤波放大、多路开关、数据交换模块、D/A（数模转换器，Digital to Analog）、控制模块、外部网络接口模块、数据采集模块。通过贴在学生身上的电极监测数据，智能感应椅可记录并分析脑电波、心电波、EOG（眼电）、EMG（肌电）、胸腹式呼吸运动、脉搏、血氧饱和度、脉搏波、呼吸频率等生理参数。

传感器将被测的各种生理参数转换成相应的电信号，送到信号调制电路中，经过滤波、放大、A/D转换后送达微处理器。微处理器对接收的信号进行计算、存储、数据分析处理后，一方面通过反馈回路对传感器与信号调理电路进行调节，以实现对测量过程的调节和控制；另一方面将处理的结果传送到输出接口，经接口电路处理后按输出格式、界面定制输出数字化的测量结果。通过对以上参数的记录与分析，智能感应椅可判别学生是在认真听讲还是走神打盹，若学生上课认真听讲，椅子会保持温度正常；若学生上课打盹或是走神，则该智能感应椅则会适当地升温，该温度在身体承受范围之内，且能起到提醒学生的目的。

2 实验中遇到的问题

若学生上课打盹或走神，该智能感应椅会自动升温以提醒学生，该温度若设置过低，则达不到提醒学生的目的；若该温度设置的过高，则会对学生身体产生不利影响，另外，温度持续的时间也需要进一步确定。

3 应对解决方法

由生物上的条件反射得到启发，人在感受到针扎或是灼烧时，会条件性地快速保护自己，使自身远离危险源，为解决以上的温度问题，我们采取高温高频的方法，适当地提高温度，同时缩短温度作用与人身体上的时间。

4 智能感应面临的问题

随着传感器技术在众多新兴行业领域的应用和普及，市场上对传感器需求也越来越大，同时对传感器提出了新的技术要求，目前智能感应面临的问题有以下四个方面。

（1）功率消耗。功率消耗过大，是传感器的“历史遗留”问题，在节约型的新社会，减少功率消耗，降低充电的次数，是亟待解决的问题。只有有效解决传感器功率消耗问题，传感器才会在更多设备上得到广泛应用，也有助于提高智能传感器的适应性。（2）外形因素。传感器外形因素也是影响传感器进一步得到广泛应用的因素，传感器因功能需求相对复杂，传统传感器产品外形较大，不利于日常应用。（3）敏感性。传感器由于其主要功能之一就是感受，所以要求其具有很好的分辨率和敏感性。（4）产品成本。传感器的功能对其原材料的要求很高，这也导致了传感器的成本高，目前我国主要的原材料来源于外国，虽质量有所保证，但价格昂贵，而我国的传感器原材料有相当一部分无法保证其质量。

5 智能感应的发展趋势

通过本创新创业训练计划项目的开展和根据对传感器各性能参数的理想化要求，项目组认为今后智能感应的发展趋势应包括以下四个方面。

（1）不断开发新材料、新工艺和开发新型传感器。（2）逐步实现传感器的多功能化、高精度化、集成化和智能化。（3）逐步实现传感技术硬件系统与元器件的微小型化。（4）通过传感器与其它学科的交叉整合，实现无线网络化。

智能感应椅训练计划项目已经进入结题阶段，我们认识到大学生必须善于学习，通过学习别人先进的思想、理念、技术，领会其精髓，并将其应用到实际工作中，达到结合具体情况，做到举一反三、触类旁通，最后通过总结分析，发现原来的不足，才能更好的改进。

参考文献：

[1]劉少强，张靖.现代传感器技术——面向物联网应用[M].北京：电子工业出版社，2014（02）.

[2]张志勇，王雪文，翟春雪等.现代传感器原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2014（01）.

[3]张磊.基于光子晶体光纤非线性效应的超宽带可调谐光源[D].清华大学，2014.

[4]冯亭.MOPA光纤激光系统放大级增益光纤特性与高质量种子源关键技术研究[D].北京交通大学，2015.

基金项目：青岛黄海学院2017年国家级大学生创新创业训练计划项目“智能感应椅”，项目编号201713320060。

作者简介：王秀文（1997-），女，山东青岛人，本科在读，研究方向：工程造价。

*为通讯作者