智能学习桌控制系统设计

本科论文目录TOC\o"1-3"\h\u714摘要 I25222Abstract II30085引言 179131系统方案设计 3123861.1总设计方案选择 3300931.2主控制模块选择 3264911.3系统的总体设计 47252硬件电路设计 6320082.1总电源电路设计 627092.2单片机控制模块 627332.2.1单片机的引脚说明 6308712.2.2单片机最小系统 7273812.3照明驱动模块 829402.3.1照明模块的选择 8325622.3.2LED驱动模块设计 9121872.4指示灯模块 965092.5按键模块 10209292.6模数转换模块 10211472.7遥控模块 11289242.7.1遥控模块选择 1160692.7.2红外遥控设计 12122632.8人体感应模块 13195633系统软件设计 15268833.1软件开发环境及流程 1562753.2坐姿警报程序介绍 15100143.3自动模式程序介绍 16238483.4手动模式红外遥控程序介绍 16107304焊接与调试 18311554.1电路焊接 1882234.2系统调试 189464.2.1软件调试 19194294.2.2硬件测试 19297554.3实物测试 1911096结论 207379参考文献 2120067附录1原理图 232145附录2源程序代码 243145致谢 31摘要学习桌属于一款面向3-12岁儿童的辅助学习工具。随着生活水平进步，超过6成的家长都会选择为自家的小孩购买一款适合的学习桌，用于辅助学习。普通的学习桌，具有桌椅高度可升降，桌面角度可以调节等特点。本控制系统为了完善学习桌的功能性，增加了坐姿警报功能，用于调整使用者的不良坐姿，可调节的照明功能，用于提供最适合的照明环境，人体感应功能，用于自动模式下在无人使用的情况下自动关闭本控制系统。本设计具有三种工作模式，分别是手动、自动和呼吸灯模式。具体是利用STC89C51作为主要的控制核心；利用三级管SS8550驱动16个工作电压为5V的LED灯，作为照明模块；利用E18-D50NK红外避障传感器在感应范围内检查到目标物体输出低电平的特性，外接到单片机的IO口，配合着蜂鸣器组成坐姿警报部分；利用ADC0809模拟数字转换芯片和光敏电阻，通过将经过光敏电阻的电流值的变化，转换为数值反应到单片机中，输出相应的PWM占空比改变LED灯的亮度；利用红外遥控器和红外一体遥控接收装置，作为遥控模块，实现远程的操控；利用HC-SR501人体感应器在自动模式下，感应周围是否有使用者，使设计更加环保，并且人性化。结果表明，本套智能学习桌控制系统，在本体幼小衔接机构的测试中，受到了小朋友的欢迎。在将功能向老师和家长的展示过程中，也得到了他们的肯定。对于小朋友的坐姿调整，和视力的保护，起到了很大的作用。关键词：智能学习桌；STC89C51；A/D转换；人体感应器；红外遥控AbstractThelearningdeskisalearningaidforchildrenaged3to12.Withtheimprovementoflivingstandards,morethan60percentofparentswillchoosetobuyasuitablestudydeskfortheirchildrentohelpthemlearn.Thecommonstudydesk,hastheheightofthedeskandchaircanriseandfall,thedesktopAnglecanadjustandsoonthecharacteristic.Thiscontrolsystem,inordertoimprovethefunctionofthelearningdesk,addsthesittingposturealarmfunction,whichisusedtoadjusttheuser'sbadsittingposture,theadjustablelightingfunction,whichisusedtoprovidethemostsuitablelightingenvironment,andthehumanbodysensingfunction,whichisusedtoautomaticallyshutdownthecontrolsystemintheautomaticmodewhennooneisusingit.Thisdesignhasthreeworkingmodes:manual,automaticandbreathinglamp.Specifically,STC89C51isusedasthemaincontrolcore.Thethree-stagetubeSS8550isusedtodrive16LEDlightswithworkingvoltageof5Vasthelightingmodule.Theinfraredobstacleavoidancesensore18-d50nkisusedtocheckthelow-leveloutputcharacteristicsofthetargetobjectwithintheinductionrange,andtheIOportofthesingle-chipmicrocomputerisconnectedtotheoutside,whichformstheposturealarmpartwiththebuzzer.ADC0809analogdigitalconversionchipandphotosensitiveresistorareusedtoconvertthecurrentvaluethroughthephotosensitiveresistorintoanumericalvalueandreacttothesingle-chipmicrocomputer,andoutputthecorrespondingPWMvaluetochangethebrightnessofLEDlamp.Theinfraredlightemittingdiodeandinfraredintegratedremotecontrolreceiverareusedasremotecontrolmoduletorealizeremotecontrol.Thehc-sr501humanbodysensorsenseswhetherthereareusersaroundintheautomaticmodetomakethedesignmoreenvironmentallyfriendlyandhumanized.Theresultsshowthattheintelligentlearningtablecontrolsystemiswelcomedbythechildreninthetestingoftheyoungconnectingmechanism.Intheprocessofshowingthefunctiontoteachersandparents,wealsogottheiraffirmation.Forchildren'ssittingpostureadjustment,andvisualprotection,playedabigrole.Keywords:Intelligentlearningdesk;STC89C51;A/Dconverter;Humanbodysensor;Infraredremotecontrol引言经过长时间幼小衔接机构的实习生活，进行了深度的观察和学习研究。发现小朋友的成长教育，是当下每个家庭很重要的一部分。为了不让自家孩子输在起跑线上，都会选择在课余时间上一些培养兴趣的课程。经过调查发现，我国小朋友从4岁半开始，每天会花费超过四分之一的时间用于学习和培养兴趣上。因为身材矮小等原因，成人的写字台并不适合于小朋友。因此，基本上每一位家长，都会为自家小孩选择一款健康、安全的学习桌。本设计的意义在于，传统的多功能学习桌，仅仅可以调整桌椅过高或者座椅偏低的基础问题，无法起到督促提醒的作用[1]，而不良的学习坐姿会导致孩子的骨骼发育出现问题，也会大概率的导致近视眼的问题。经过多方面的资料收集，就目前在基于人体工程学和人机工程学的国内儿童学习桌产品，其市场占有率不高普及率也比较低，关注的重点大多在桌子能否具备升降的功能，桌子的桌面是否可以进行倾斜，方便孩子平时绘画等需要，桌体是否使用健康、安全和高强度的材料，还有就是产品的颜色。孩子的家长通过了解后，大多会选择一款价格合适并且孩子喜欢的款式。在国外，智能学习桌基于人体工程学的概念最先研究的是英国，由美国学者进行了深入的发展。而人体工程学包含的范围和学科又是特别的广泛，在美国多称之为人类工程学、工程心理和人类因素学；在欧洲叫工效学；日本叫做人间工学。例如，c·D·威肯斯在《人体工程学导论》中，提到长时间的坐着工作和办公用具之间的联系，对于如何使用人体工程学的知识，降低身体部分因疲劳带来的伤痛进行了初步的介绍；在RobertBridger的《IntroductiontoErgonomics》和SamMaloof的《ThefurnitureofSamMaloof》中，也分析了练好的坐姿和习惯对于健康的关联性。具体到教育场所和个人的方面，占有率和普遍率最高的是德国，其拥有这非常严谨的标准和流程，为孩子购买适合的学习桌已经是日常的一部分了。通过以上可以发现，其实无论是国内还是国外，传统的智能学习桌的普及率还是很高的，按照正常来说，儿童的健康应该不会出现太大的问题，但是经过调查发现，我果还是有超过30%的人已经出现了不同程度的视力问题，而视力的问题又大多出现在晶状体还未发育成熟的幼儿时期。因为我国的人口基数问题，所以我国视力存在问题的孩子是世界上最多的，所以研究一款智能学习桌系统已经是迫在眉睫的一个事情。本系统由于受众人群的特殊性，要求包含安全卫生、功能全面、色彩多样、益智趣味等因素。具体是以STC89C51为控制核心，以ADC0809模数转换装置作为将光敏电阻反应出的电流大小转换为输出的数值，反应到单片机中。本篇文章分为四个章节，具体内容如下：第一章讲述了系统的方案如何设计的，先阐述系统方案是如何在两种方案中进行抉择的，然后是多种控制系统的择优选择和原因，最后是系统功能详细的介绍，包括原理图。第二章介绍了智能学习桌控制系统的硬件设计，其中包含各个模块的设计原理介绍，如何选择最适合要求的遥控模块和照明模块。第三章讲述了系统的软件设计；简要介绍了系统的开发环境和系统流程图。第四章是智能学习桌控制系统的调试部分，囊括了硬件焊接、硬件测试和软件测试，提出几条操作时，出现的问题和解决的方法。1系统方案设计1.1总设计方案选择随着社会的发展，生活水平方面也在不断的提高，对于传统的智能学习桌，因其只是强调了桌面角度和桌椅高度的可调节性，无法从根本提醒使用者坐姿错误。所以要设计出一套智能学习桌的控制系统，用于正面高效的改善使用者的学习习惯，对于本次智能学习桌控制系统提出以下两种设计方案方案一：本设计分为两种模式和五个按键：自动和手动模式；模式切换、设置、复位、加和减。自动模式下，使用红外避障感应器，判断使用者的坐姿是否标准，通过ADC0809模数转换和光敏电阻调节亮度，使用HC-SR501人体感应器判断是否有人。在手动模式下，可以通过长按加减按键调整亮度，可以设计学习时间，按下控制按键后可以通过加减键控制设置时间的分和秒。使用手机app，进行远距离的控制模式和档位。方案二：本设计有三种工作模式、三个按键：分为手动模式、自动模式和呼吸模式，第一个按键切换模式，其余两个用于手动模式下，控制LED的亮度。采用ADC0809模数转换芯片处理光敏电压信号，控制芯片控制灯光的亮暗。自动模式下，检查到有人且光线暗，台灯才亮，离开延时熄灭。拥有红外遥控功能，10米内可使用遥控器切换模式和增减亮度。为防止近视，附加红外避障传感器，使用其测距功能，提升使用者距离学习桌过近，用于防止近视，矫正坐姿。呼吸灯模式，属于拓展模式，为以后增加可变色的灯，做准备，增强趣味性。本设计所面对的年龄较小的儿童，所以设计学习时间的实用性不强，远距离的通过手机wifi操作的操作难度很大，但是收益不高，可以使用相对简单的遥控器进行操控。所以综合的来看方案二从收益的可行性来看，要更好一些。1.2主控制模块选择选择嵌入式的微型处理芯片主要考虑其应用领域、自带资源和功耗三个方面。方案一：使用STC89C51RC单片机（双列直插式）[2]，比8051单片机更高速、功耗更低，拥有2个16位的计算器，可工作电压为3.3-5.5V，频率范围为0-35MHz，无需购买通用编译器即可使用PC端的控制程序将编程代码下载到单片机中。具有经济实惠、抗干扰能力强、功耗低、兼容性强大等优点。方案二：使用AVR单片机，一种嵌入内置RISC精简指令的增强型高速8位的单片机，且内部拥有程序储存器（flash），程序修改便捷，I/O口资源灵活、功能强大，并且可以实现充分利用。拥有独立的看门狗电路和自动上电复位电路。具有应用范围广泛，可靠性高、功能强大、功耗低、价位低、速度高等特点。集众多单片机的长处，又拥有其独特的技术，属于8位机中的佼佼者。方案三：使用FPGA（现场可编程门列阵[3]），多使用于专门的集成电路领域，属于半定制器件，而且还是可以进行编程修改的。按照使用者的需求，其内部的逻辑块和连接是可以根据需求进行更改的。FPGA可以实现比较庞大的电路，就当下来看，基本可以实现所有的需求。具有逻辑单元灵活、集成度高、适用范围广、周期低、费用低、风险小、质量稳定等优点。综合以上三个方案最后选择51单片机进行系统开发，因为其满足开发需要，功耗低，抗干扰能力强，拥有强大的兼容性和普遍性，最主要的是相较于其他两个方案，51单片机的价格优势十分明显，开发起来也更方便。1.3系统的总体设计通过对以上选择方案的进一步的研究总结确定本产品还需要有以下几个功能模块组成：照明模块因为需要驱动16个电压5V,额定电流20mA的白光LED灯，选择成本低，容易操控、大功率SS8550驱动照明模块。手动模式下，通过红外避障感应器，检查坐姿是否标准，所有按钮或者遥控装置进行亮度的调节。自动模式下，使用HC-SR501人体红外感应器确定是否有人，通过ADC0809模拟数字转换芯片，通过接受电源通过光敏电阻后进入到芯片的电压，将其和预设的阈值进行对比，将输出值传递到单片机中，调整PWM的占空比对LED的电流进行控制，从而实现了对光度的自动调节。本系统结构框图如图1.1所示。图1.1系统结构框图2硬件电路设计2.1总电源电路设计根据项目的需求，选择使用总电源为5V[4]，为整个系统的供电处理。可以选择外接一个由4节1.5V电池构成的电池盒降压后进行供电，或者选择安装DC插座，使用数据线另一端的USB接口，连接充电宝、手机充电器、或者电脑USB插口等5V的电源上。外接电池盒从实用性和便捷性的角度来考虑，都不如按照DC插座便捷，电池因为电量有限，无法进行长时间使用，不符合本设计的初衷。电源电路原理图如图2.1所示（可以选择不接地）。图2.15V电源电路原理图为了系统的正常运行，设置了几个用于保护电子器件的分压电阻和用于信号接收器与单片机之间用于信号稳定功能的上拉电阻。2.2单片机控制模块2.2.1单片机的引脚说明51单片机分为PDIP(40个引脚)和PLCC(44个引脚)两种封装形式[5]，本设计选择PDIP40的直插式的单片机，在进行组装前，优先选择在电路板上面先焊接一个IC的插座，这样在安装单片机时，可通过对其引脚直接插入的方式进行安装，一方面是操作简便不容易破坏单片机，一方面方便日后程序的更改和调试。单片机引脚功能如表2.1所示。表2.1STC89C51单片机引脚功能表引脚名称功能用途P1.0～P1.7连接上拉电阻驱动芯片RST连接复位电路P2.2、P2.4、P2.6连接三个指示灯ALE/P连接模数转换器的时钟引脚INT0连接红外一体接收器P1.5、P1.6、P1.7连接三个按钮X1、X2连接晶振电路EA/VP电源WR连接红外接近传感器RD连接蜂鸣器2.2.2单片机最小系统单片机的最小系统，最小系统即指使用最少的电子元件实现单片机工作。本设计使用到复位电路，晶振电路。下图为本设计的最小系统外加一串P0口上的上拉电阻。其中复位电路可以看做是电脑的重启按钮，一旦程序出现错误或者想要重启重启程序，可以通过按复位电路中的按钮来实现。而想要实现复位，需要在与复位单路连接的9号引脚，实现连续2us的高电平方才可以实现[6]。具体就是在图中10uf的电容和10k的下拉电阻的作用下，通过开机的充电和下拉电阻的分担实现的。如果没有10uf电容，在通电后，单片机不会直接工作，只有在按下按钮后，单片机才能正常工作。晶振电路是晶体振荡器的简称，属于一个电容和一个电阻串联后再与一个电容并联，相当于一个二级网络。选择的晶振12MHz，即单片机每秒工作12兆次，一般选择的晶振不会超过24M，过大单片机运行时会出现不稳定的现象。电容选择两个30pf的，一般会选择10pf-50pf之间，目的就是为了对18和19两个引脚产生的其他频率的波进行过滤，虽然对电路没什么影响，但是会对单片机的时钟电路产生影响[7]。32到40引脚连接的是上拉电阻，P0平时只有低电平和高阻态两种状态，如果需要其输出高电平，就必须连上上拉电阻。上拉电阻一般会在1k和10k中进行选择，比如连接数码管的时候，就最好连接1k的上拉电阻，用于驱动数码管；10k的就是多用于驱动芯片，而本次设计就是选择了10k的上拉电阻来驱动模数转换模块。31号引脚用于接电源，由其在单片机复位以后，接低电平时从外部ROM的000H开始执行，接高电平从内部ROM的000H开始执行，本选用的是内部，使用接电源。单片机最小系统原理图如图2.2所示。图2.2单片机最小系统原理图2.3照明驱动模块2.3.1照明模块的选择本次学习桌控制系统，考虑到需要实现自动调光、视力保护、安全合理等条件，选择使用寿命长、效率高、容易控制而又灵活小巧的LED作为照明工具。在选择驱动器时需要考虑[8]是否拥有足够的功率，LED驱动器标准，是否可以提高能效、增加功能和功率密度。考虑产品的，寿命周期和可靠性。方案一：使用三极管驱动，三极管属于一种控制电流的元件，使用单片机作为控制中心的应用电路中主要是开关的作用，分为PNP和NPN两种。三极管具有：成本低，易操控等特点。方案二：使用PWM芯片（LM3410X）控制LED，PWM是指脉冲宽度调整信号，其中的宽度是指脉冲的高电平时间[9]。人眼对于光线的变化非常的敏感，本芯片有别于正向电流的变化改变颜色，实现宽范围的调光，避免色彩漂移的现象。综合以上，考虑到本设计，是驱动16个电压5V的白光LED灯，三极管拥有成本低、易操控、易实现等特点，而LM3410X的成本高，不容易被找到的特点，所以选择使用PNP型的SS8550驱动照明模块。2.3.2LED驱动模块设计本设计采用三极管SS8550驱动照明，如下图2.3所示，本模块与单片机的4号引脚相连，本设计采用16个LED灯进行并联，正极连着电压，负极连着SS8550三极管，由于LED并联到一起发生压降，故不适合选择过多的LED灯。LED灯的亮暗变化是根据P1.3端口输出低电平有关，通过调整PWM的占空比来控制电流的大小，如P1.3输出低电平，三极管放大导通，LED变亮。具体电路原理图如图2.3所示。图2.3LED三极管驱动LED原理图2.4指示灯模块本项目设计有三个指示灯，分别是绿灯、黄灯和红灯，绿色亮，代表运行手动模数，黄灯亮，代表运行自动模式，红灯亮，代表运行呼吸灯模式。电路图如下图2.4所示，三个LED灯的正极都是连着电源，串联这一个电阻，负极按照绿黄红的顺序分别连着23、25、27三个引脚。由于LED的工作电压为3V，小于电源的供电电压是5V，所以设计加入三个分压电阻；因为绿灯所需的分压电流比较大，所以就串联一个相对小一点的电阻，一般在220Ω-1K之间，本设计选择了1K的分压电阻。具体驱动电路原理图如图2.4所示。图2.4LED指示灯模块原理图2.5按键模块本产品需要根据按键实现功能的切换和亮度的控制，所以设计了三个按键，功能分别是模式的切换、亮度增加和亮度减少。最终设计出的电路图如下。利用按键的导通性，多个按键一起使用的时候无需将每个按键都接地或者电源，使用将三个按键按照电路图接地，便于焊接，减少工作量。按键另一端分别连接单片机P1.5、P1.6、P1.7三个I/O口，按下相应的按键，单边机能够在相对应的I/O口输出低电平。按键在按压的过程中，会产生点平不平稳的现象，从而导致10-200毫秒之间的机械抖动。本设计采用避开抖动部分时间，当电平平稳后再处理程序的方法去除抖动。具体是在感应到有按键的操作时，延时20微秒再读取I/O口的值，输出为1视为干扰信号；输出为0才处理程序。其电路原理图如图2.5所示。图2.5按键电路原理图2.6模数转换模块本项目需要在自动的模式下，实现LED灯按照光线的明暗调整自身的亮度变化。按照要求最终设计出了由光敏电路和ADC0809模数转换器构成的模数转换模块。其中模数转换器的引脚26属于模拟量输入通道，与设计的光敏电路相连接；引其中msd2-1到lsb2-8属于数据输出线与和单片机32到40引脚相连的上拉电阻连接，以三态缓冲的形式输出。Clock为时钟信号角，与单片机的30号连接，输出为500KHz的时钟信号，这样设计在程序上相对简单，并且也节约了I/O口；23、24、25三个接口属于地址线，本次直接接地。从光敏电路的角度来看，就是一个光敏电阻一方面和电阻103串联接地，一反面通过26号引脚连接模数转换器，因为电容的作用主要就是滤波，所以正常操作的时候，可以先不考虑。103电阻是可以调节的，由于103电阻和光敏电阻属于串联关系，可以起到分压的效果，所以103号电阻可以起到伐值调节的作用。具体原理图如图2.6所示。图2.6ADC0809模数转换器原理图总体的流程为，切换到自动模式，光线增强，光敏电阻阻值减少，串联电路分压增加，所以输入到模数转换器的电压变大[10]，模数转换器输出数值变大，单片机输出相应的PWM值，从而改变LED灯的亮度。2.7遥控模块2.7.1遥控模块选择本由于本次设计的需求包含远程操控的功能点，所以增加了遥控模块，遥控主要包含红外式遥控和超外差事无线遥控等，并且都有着广泛的应用，以下具体介绍两个方案进行择优选择：方案一：使用超再生无线模块作为本设计的遥控模块，使用SC2262-IR专用红外遥控模块作为编码发射模块，使用SC2272作为无线接收于解码采用部分。两个模块都是由8个地址信号（包括1、0、开路）和4个数据信号（包括1、0），接收到315M的高频信号，模块输出1。当两模块的8位地址数据组成的编码相同，SC2272的17脚输出高电平表示解码成功；后续操作由4位的数据信号解析完成。具有应用范围广，电子元件少，功耗低，工作电压范围宽（2.6-15V）等优点。方案二：使用红外遥控装置进行远程超控，采用红外发光二极管作为发射电路，使用一体化红外接收器作为接收装置[11]。通过按下指令键，由二极管放出特定的经过调制放大的指令编码信号；通过接收电路接收到的编码指令，经过放大调制信号，把其还原为编码信号，最后在编译后使用驱动电路执行出来。因为红外遥控无法穿过障碍物去超控，所以无需进行发射装置和接收装置进行频率和编码的区分过程，基本不会出现信号“串门”的情况[12]。具有传输效率高，可靠性强，价格优惠，操作简单等优点。综合以上两个方案，考虑到设计的成本还有简便性等问题，本设计选择采用红外遥控电路，通过相应的按键识别所对应的程序，实现远程的控制，而且可以锻炼编写程序的能力。2.7.2红外遥控设计根据本项目要求，使用红外遥控器[13]作为发射装置，通过点击1、2、3数字键来完成本产品三种模式的切换，通过点击加、减按钮来控制LED灯的亮度。进过设计决定，本模块由具有红外发射芯片的遥控器和一体化红外接收装置构成。遥控器功能的实现，是通过里面的红外遥控芯片（PPM编码方式），发送出一组108ns的编码脉冲[14]。通过对用户码的检验，实现遥控器和接装置相匹配，避免出现多个仪器互相干扰的情况。遥控编码脉冲包括，前导码、用户码、用户码的反码、操作码以及操作码的反码组成，反码可以验证编码的正确性。前导码是一个遥控的起始部分，由起始码（9ms）和结束码（5ms）作为准备的脉冲。二进制的“1”由脉宽1.68ms、周期2.24ms组合[15]；“0”由脉宽0.56ms、周期1.12ms组成（当按键时间超过108ms，则接下来的代码有9ms（起始码）2.5ms（结束码）组成）。其具体电路原理图如图2.7所示。图2.7红外一体遥控接收装置电路原理图一体化红外接收装置使用外部中断INTI的13号管脚相连的方法，使用计时器0计算中断的间隔时间，从而识别前导码和二进制码，最终将8位操作码提取出来。因为红外接收部分的驱动电源是小于5V的所以需要R8电阻进行分压，而另外的两个电容（滤波）和上拉电阻R4电阻均为信号稳定的作用。2.8人体感应模块本设计要求，在自动模式下，当周围没有人的时候，LED不亮，当用户距离智能学习桌过近的时候，本系统要做成提示。经过研究决定本模块由HC-SR501人体感应器和E18-D50NK红外避障传感器和蜂鸣器三部分构成。选择E18-D50NK红外避障传感器，属于一款NPN型的光电开关，输出状态为0、1，即数字电路中的高电平和低电平，可以直接连接到单片机的IO口上，当检测到障碍物时输出低电平，正常状态输出高电平。并且其价格优惠[16]，受可见光影响小性能可靠，便于装配和实用方便（可以根据使用人的特点，调节避障距离）。选择蜂鸣器的原因，也是因为其廉价和便于操作的原理。HC-SR501人体感应器是一种基于红外线技术的自动控制模块[17]，多用于各类自动感应设备：比如干电池供电的自动控制产品。可以直接手动对延时和距离进行调节。为了增强感应器的灵敏度，在感应器上扣一个菲涅尔的光学透镜。本设计就是在调整好后连接到单片机P2.7引脚，如图为HC-SR501人体感应器的电路图。其具体原理图如图2.8所示。图2.8HC-SR501人体感应器原理图3系统软件设计整个项目的实现是通过软件和硬件两个方面的相辅相成才能够实现的。说明书的前两章已经详细的介绍了各个模块的功能和选择。想成功的使用软件还需要选择一个开发平台，从而进行单片机程序编写。3.1软件开发环境及流程本次设计采用了KeilC51的软件开发系统，从编程的角度来看C语言的优势也是很明显的，在结构性、功能性、可维护性，可移植性上都具有优秀的表现，而且在出现错误和发现问题的时候，因其简单上手，也便于漏洞的修改。开发平台选择使用Keil4来运行[18]，Keil提供了完整的开发计划，包括C编译器，库管理，宏程序集，连接器以及将这些组件组装到集成开发环境（Vision）中的非常强大的模拟器调试器，并且其集成环境也特别方便，非常适合STC89C51单片机程序的烧制。3.2坐姿警报程序介绍本产品为智能学习桌控制系统，一切的前提都是在矫正不良坐姿改善用眼情况的基础上，使用当使用者距离避障传感器过近的时候，蜂鸣器会发出提示，无论是哪种工作模式都要遵守本前提。其具体的坐姿警报流程图3.1如下。图3.1坐姿警报流程图3.3自动模式程序介绍系统在确认使用者坐姿正确的情况下，自动模式只有确认有人使用，并且光线值大于100的情况下[19]，才可以由操作系统自动控制亮度。其具体流程图3.2如下。图3.2自动模式程序流程图3.4手动模式红外遥控程序介绍本控制系统在手动模式下，可以通过按键或者红外遥控的形式，进行亮度的切换。使用者可使用本功能自由的改变LED的亮度，增强系统的实用性。其具体流程图3.3如下图3.3手动，模式红外遥控程序流程图4焊接与调试4.1电路焊接焊接时采用的是手工焊接的方式，目前大规模的制作是不会使用这种方式的，但是为了控制成本，本设计采用手工焊接的方式。由于是手工焊接，所以操作上出现失误，就会导致成品本质上功能的失误。焊接成品如下图4.1所示图4.1焊接成品展示图4.2系统调试在整个系统通电之前，观察焊接系统是否存在问题。如仍有明显断裂，正负极连接、器件连接、焊接不实等，然后用万用表检测电源正负电压，是否出现严重的电源问题，如短路等。在实际炒作中，出现了以下3种错误：错误一：焊锡点过大，导致系统短路，最后采用吸锡器将多余的焊锡吸除。错误二：焊锡点短路，因为很细小的一个焊锡点造成的短路现象，肉眼很难观察出来，后使用我万用表检测出来，并使用电烙铁将细小的焊锡点带走。错误三：锡虚焊，没有将硬件和电路板连接，后搭上万用表测试发现，没有导通，解决方法为，增加焊锡实现连接。在搭建调试平台后，需要对软件程序进行调试，若程序调试没有问题，接下来开始验证系统功能是否满足要求，若功能有问题，需要继续调试程序，反复进行，直到所有功能都满足为止。4.2.1软件调试在软件调试过程中，点击编译按键，文件在系统中正常运行，提示的信息可以在窗口中进行显示，若提示的信息中显示“error”[20]，就要根据提示找错误程序并改正，直到错误消失，无错误信息提示。若程序编译无错误后，则开始烧写程序，开始验证系统功能是否满足要求，若功能有问题，需要继续调试程序，反复进行，直到所有功能都满足为止。4.2.2硬件测试首先使用万用表查看电源是否短路，然后测量管脚是否连接正确，有没有接线错误。上电以后观看每个器件是否正常工作，最后再逐一测试功能。在测试过程中，发现LED指示灯不亮，首先检查焊接情况，没有发现接错或虚焊情况。接着检查程序编写，无错误显示。基本可以断定是器件损坏问题，最后更换LED指示灯后功能得以实现。在调试自动模式下人体感应模块时，发现程序无法正常运行，后进过反复的排查和查找资料后，发现是连接到主电路板时，接触不良导致的，后加固后就没有发生过情况了。4.3实物测试根据本设计需求，对实物功能进行逐一测试：连接电源，点击开关，打开智能学习系统。靠近红外接近传感器，并分别切换不同的模式，观察蜂鸣器是否反应。远离红外接近传感器，在初始的手动模式下点击后两个按键，观察LED亮度的变化。切换到自动模式，分四种情况测试系统[21]，分别是：有人、光线充足；有人、环境较暗；无人、光线充足；无人光线较暗。最后在成功的那组，小幅度的改变环境的亮暗即可。结论本去篇论文针对的是在5到10岁的儿童，在日常的学习生活中，坐姿和用眼习惯的不端正，导致了大量的眼部疾病的产生。经过考察发现传统的智能学习桌无法有效的督促，而本设计可以有效的起到坐姿警报的作用，填补了这方面市场的空白。本系统使用STC89C51单片机作为主控制器，利用ADC0809传感器作为模数转换模块，所用红外避障传感器检查使用者坐姿是否标准，为了起到环保节能的作用。在自动模式下，使用光敏电阻传递给模数转换器的电信号来检测环境的亮度，使用HC-SR501感应器检测周围是否有人，但操控者距离较远的时候，也可使用红外遥控装置进行远程的操控。本设计使用Keil4进行C语言的编程，从而实现各个模块的功能。经过了硬件和软件多次的测试，目前各个部分已经达到预期的标准。经过本次设计，主要有以下体会：1.熟练了红外遥控的应用。2.进一步的掌握了STC89C51单片机和ADC0809模数转换装置的应用。3.明白了如何通过输出不同的占空比来调节LED的亮度，从而对耗电量进行相应的管理。4.对于HC-SR501人体感应器和E18-D50NK红外避障传感器的使用和调试有了进一步的了解。5.培养了不懂就问和自主学习的能力。参考文献[1]焦守华,张东辉.建筑装饰装修的基本原理[M].黑龙江:黑龙江科技信息大学,2010.8：5-12[2]威肯斯.人因工程学导论[M].上海:华东师大出版社,2007.9：18-35[3]苏垣.从人类工效学看健康型桌面结构设计[J].人类工效,2001.3(7)：54-67[4]祝玲.基于STM32单片机emWin系统设计[J].武汉大学报,2017.19(07)：120-135[5]李晓凤,王志坤,郭芳.儿童多功能学习桌椅[J].西安：德州学院机电工程学院,2019.5：1-5[6]朱智勇,段吉海,邓进丽,韦雪明,赵洪飞.一种超低功耗高性能亚阈值全CMOS基准电压源[J].半导体技术,2016.12：23-45[7]蔡型,张思全.短距离无线通信技术综述[J].现代电子技术,2004.3：18-31[8]吴媛媛,叶茂森.红外遥控技术浅析[J].广西轻工业：计算机与信术,2009.2：130-145[9]林海峰.红外收发集成电路设计[M].浙江:浙江大学,2006.5：25-45[10]洪婷.一种红外接收芯片的设计[M].沈阳:沈阳工业大学,2009.9：45-67[11]田一然.手写体数字识别技术的研究与实现[M].吉林:吉林大学,2015.12：34-38[12]郝梦琳.手写体数字识别方法研究与实现[M].太原:太原科技大学,2013.6：47-52[13]贾晓钦.基于CMOS技术的红外接收芯片前端设计及实现[J].成都:电子科技大学,2008,9：34-45[14]陈巍.红外遥控接收放大器解码特性研究—最小命令码间隔.科技传播[J].武汉大学学报,2014,8：12-16[15]邢远.深度学习在手写数字识别中的应用[M].浙江:苏州大学,2017.9：12-27[16]何西麟.基于深度学习的手写体字符识别研究与实现[M].广东:中山大学,2015.5：59-63[17]赵玉安.人体热释电红外传感器介绍[J].中国电子制作,2006,9(1):35-40[18]俞海珍,李宪章,冯浩.热释电红外传感器及其应用[J].电子照明技术,2006.(1):25-28

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[21]吴可久.8031单片机在遥控解码方面的应用[J].电子技术,1993,2:13-15

附录1原理图附录2源程序代码#include<reg52.h>//包含头文件，一般情况不需要改动，头文件包含特殊功能寄存器的定义#include<stdio.h>#include<intrins.h>#include"delay.h"#include"rc522.h"#include"1602.h"//宏定义#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharuintX1=0;uintX2;//头函数#include<reg52.h>#include<ADC0809.h>//时间计算#defineImax14000//此处为晶振为11.0592时的取值,#defineImin8000//如用其它频率的晶振时,#defineInum11450//要改变相应的取值。#defineInum2700#defineInum33000//解码变量unsignedcharIm[4]={0x00,0x00,0x00,0x00};ucharshow[2]={0,0};//全局变量ucharf;unsignedlongm,Tc;unsignedcharIrOK;//LED灯光强度ucharLL=0;uintYK=0;uintZY=0,Xi=0,FZ=0;ucharMode=1;//函数声明voidInit();voiddelay(uchari);//管脚声明sbitLED=P1^4;sbitLEDR=P2^2;sbitLEDG=P2^4;sbitLEDY=P2^6;sbitset=P1^5;sbitadd=P1^6;sbitdec=P1^7;//主函数voidmain(){ //定时器初始化100HZ Init(); m=0; f=0; //模式1 LEDR=1; LEDY=1; LEDG=1; delay(3); LEDR=0; LEDY=1; LEDG=1; //循环 while(1) { //读取亮度AD值 LL=ADC0809(); ////////////////////////////////////// //亮度控制 //光敏控制Ok if(Mode==2) { if(LL>50) { X1=0; } else { if(LL-1>0xf0) LL=1; X1=1020-LL*20; } } //遥控器ok elseif(Mode==1) { X1=YK; ZY++; else ZY--; } if(ZY==400) { FZ=1; } if(ZY==0) { { X1--; } LED=1; X2=1000-X1; while(X2!=0) { X2--; } /////////////////////////////////////// if(set==0) { delay(20); if(set==0) { Mode++; if(Mode==1) { LEDR=1; LEDY=1; LEDG=1; delay(100); LEDR=0; LEDY=1; LEDG=1; } if(Mode==2) { LEDR=1; LEDY=1; LEDG=1; delay(100); LEDR=1; LEDY=1; LEDG=0; } if(Mode==3) { LEDR=1; LEDY=1; LEDG=1; delay(3); LEDR=1; LEDY=0; LEDG=1; } if(Mode==4) { Mode=1; LEDR=1; LEDY=1; LEDG=1; delay(100); LEDR=0; LEDY=1; LEDG=1; } while(set==0); } } if(add==0) { delay(20); if(add==0) { YK=YK+100; if(YK>1000) { YK=0; } while(add==0); } } if(dec==0) { delay(20); if(dec==0) { YK=YK-100; if(YK>1000) { YK=0; } while(dec==0); } } if(IrOK==1) { //1键 if(Im[2]==0x0c) { LEDR=1; LEDY=1; LEDG=1; delay(100); LEDR=0; LEDY=1; LEDG=1; Mode=1; } //2键 elseif(Im[2]==0x18) { LEDR=1; LEDY=1; LEDG=1; delay(100); LEDR=1; LEDY=1; LEDG=0; Mode=2; } //3键 elseif(Im[2]==0x5e) { LEDR=1; LEDY=1; LEDG=1; delay(3); LEDR=1; LEDY=0; LEDG=1; Mode=3; } //+ elseif(Im[2]==0x40) { YK=YK+100; if(YK>1000) { YK=0; } } //- elseif(Im[2]==0x19) { YK=YK-100; if(YK>1000) { YK=0; } } IrOK=0; } }}//定时器初始化voidInit(void){EA=1;//开启总中断IT1=1;//下降沿有效EX1=1;//外部中断1开TMOD=0x11;//定时器初始化TH0=0;//T0赋初值TL0=0;TR0=0;//t0开始计时}//延时voiddelay(uchari){ucharj,k;for(j=i;j>0;j--)for(k=125;k>0;k--);}//外部中断解码程序_外部中断0voidintersvr1(void)interrupt2using1{LED=1;TR0=1;Tc=TH0*256+TL0;//提取中断时间间隔时长TH0=0;TL0=0;//定时中断重新置零if((Tc>Imin)&&(Tc<Imax))if(f==1){if(Tc>Inum1&&Tc<Inum3){ Im[m/8]=Im[m/8]>>1|0x80;m++;}if(Tc>Inum2&&Tc<Inum1){Im[m/8]=Im[m/8]>>1;m++;//取码 } if(m==32){m=0;f=0;if(Im[2]==~Im[3]){IrOK=1; TR0=0; }elseIrOK=0;//取码完成后判断读码是否正确}//准备读下一码}}致谢在这次毕业设计中，随着项目与论文的逐渐完成，我不仅提升了自己的理论知识与动手操作能力，更重要的是给予了我信心与温暖。本设计从选题研究到设计制作的过程中，得到了许多老师和同学的帮助与鼓励。尤其要感谢我的指导教师胡海龙老师和于宏波老师的亲切关怀与悉心指导，他们严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深感染和激励着我，从选题到设计完成，老师们都始终给予我细心地指导和不懈的支持。在实物检测过程中，多次发现问题，当我查阅书籍查找资料都无法解决时，是胡老师和于老师放下手中的工作，不厌其烦的帮助我不断尝试与更改，给与我学术上的指导与心理安慰，感谢胡老师和于老师的帮助才使我顺利完成本次设计。在这里要，我还要感谢大学四年里在学业上对我尽心帮助的所有老师们，是你们四年里孜孜不倦，传道受业解惑，成就了我今天取得的成绩。感谢陪伴我一路走来的同学们，是你们的帮助与包容，让我倍感温暖。最后,衷心感谢母校沈阳城市学院，让我身在异乡却感受到了家的温暖，辅导员、班主任、导师、园区老师，在我的思想、学业、生活每个方面都做到了无微不至的关怀，受“三自教育”的鼓舞让我能够更加优秀、独立。还有母校带给我们的自信，作为一名“绿岛”学子，无论走到哪里我都会记住一句话，那就是“我行我能”。

论文的研究方法和手段有哪些

（1）调查法

调查法是科学研究中最常用的方法之一。它是有目的、有计划、有系统地搜集有关研究对象现实状况或历史状况的材料的方法。一般是通过书面或口头回答问题的方式获得大量数据，进而对调查中收集的大量数据进行分析、比较、总结归纳，为人们提供规律性的知识。

（一）典型例子

调查法中最典型的例子是问卷调查法。它是通过书面提问收集信息的一种方法，即调查人员编制调查项目表，分发或邮寄给相关人员，询问答案，然后收集、整理、统计和研究。

（二）研究步骤

1.确定调查课题

确定题目时要注意选题是否具有研究的必要性和可能性，同时要注意选题切忌太大，也要避免无意义的重复劳动。

2.制定调查计划

要明确调查课题、调查目的、调查对象、调查范围、调查手段、调查步骤、时间安排。

3.收集材料

收集材料时要尽可能保持材料的客观性，尽可能采取多种手段或途径。

4.整理材料

将收集到的材料进行整理，以便后续总结归纳、形成结论。

5.总结研究

对整理完的材料进行分析、总结、归纳，得出一般性的结论。

（三）特点

调查法相对其他研究方法来说较为耗时耗力，但也有其优势，即获得的一手资料信息真实具体，能够对研究对象有更加准确、清晰的认识。

（2）观察法

观察法是指人们有目的、有计划地通过感官和辅助仪器，对处于自然状态下的客观事物进行系统考察，从而获取经验事实的一种科学研究方法。

（一）典型例子

皮亚杰的儿童认知发展理论就是通过观察法提炼总结出来的；儿童心理学创始人——普莱尔，也是在一次次地使用观察法后，提出了儿童心理学领域中的诸多理论。

（二）研究步骤

1.明确观察对象

在选择和确定研究问题的基础上确定观察者与观察对象。

2.制定观察计划

在观察计划中要规定明确的观察目的、重点、范围以及要搜集的材料。

3.做好观察准备

观察准备是否充分，往往影响观察的成败。

4.做好记录

在观察过程中要时时记录，不放掉任何一个关键信息。

（三）特点

观察法具有拓展人们的感性知识、启