本科論文目錄TOC\o"1-3"\h\u714摘要 I25222Abstract II30085引言 179131系統方案設計 3123861.1總設計方案選擇 3300931.2主控制模塊選擇 3264911.3系統的總體設計 47252硬件電路設計 6320082.1總電源電路設計 627092.2單片機控制模塊 627332.2.1單片機的引腳說明 6308712.2.2單片機最小系統 7273812.3照明驅動模塊 829402.3.1照明模塊的選擇 8325622.3.2LED驅動模塊設計 9121872.4指示燈模塊 965092.5按鍵模塊 10209292.6模數轉換模塊 10211472.7遙控模塊 11289242.7.1遙控模塊選擇 1160692.7.2紅外遙控設計 12122632.8人體感應模塊 13195633系統軟件設計 15268833.1軟件開發環境及流程 1562753.2坐姿警報程序介紹 15100143.3自動模式程序介紹 16238483.4手動模式紅外遙控程序介紹 16107304焊接與調試 18311554.1電路焊接 1882234.2系統調試 189464.2.1軟件調試 19194294.2.2硬件測試 19297554.3實物測試 1911096結論 207379參考文獻 2120067附錄1原理圖 232145附錄2源程序代碼 243145致謝 31摘要學習桌屬于一款面向3-12歲兒童的輔助學習工具。隨著生活水平進步，超過6成的家長都會選擇為自家的小孩購買一款適合的學習桌，用于輔助學習。普通的學習桌，具有桌椅高度可升降，桌面角度可以調節等特點。本控制系統為了完善學習桌的功能性，增加了坐姿警報功能，用于調整使用者的不良坐姿，可調節的照明功能，用于提供最適合的照明環境，人體感應功能，用于自動模式下在無人使用的情況下自動關閉本控制系統。本設計具有三種工作模式，分別是手動、自動和呼吸燈模式。具體是利用STC89C51作為主要的控制核心；利用三級管SS8550驅動16個工作電壓為5V的LED燈，作為照明模塊；利用E18-D50NK紅外避障傳感器在感應范圍內檢查到目標物體輸出低電平的特性，外接到單片機的IO口，配合著蜂鳴器組成坐姿警報部分；利用ADC0809模擬數字轉換芯片和光敏電阻，通過將經過光敏電阻的電流值的變化，轉換為數值反應到單片機中，輸出相應的PWM占空比改變LED燈的亮度；利用紅外遙控器和紅外一體遙控接收裝置，作為遙控模塊，實現遠程的操控；利用HC-SR501人體感應器在自動模式下，感應周圍是否有使用者，使設計更加環保，并且人性化。結果表明，本套智能學習桌控制系統，在本體幼小銜接機構的測試中，受到了小朋友的歡迎。在將功能向老師和家長的展示過程中，也得到了他們的肯定。對于小朋友的坐姿調整，和視力的保護，起到了很大的作用。關鍵詞：智能學習桌；STC89C51；A/D轉換；人體感應器；紅外遙控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引言經過長時間幼小銜接機構的實習生活，進行了深度的觀察和學習研究。發現小朋友的成長教育，是當下每個家庭很重要的一部分。為了不讓自家孩子輸在起跑線上，都會選擇在課余時間上一些培養興趣的課程。經過調查發現，我國小朋友從4歲半開始，每天會花費超過四分之一的時間用于學習和培養興趣上。因為身材矮小等原因，成人的寫字臺并不適合于小朋友。因此，基本上每一位家長，都會為自家小孩選擇一款健康、安全的學習桌。本設計的意義在于，傳統的多功能學習桌，僅僅可以調整桌椅過高或者座椅偏低的基礎問題，無法起到督促提醒的作用[1]，而不良的學習坐姿會導致孩子的骨骼發育出現問題，也會大概率的導致近視眼的問題。經過多方面的資料收集，就目前在基于人體工程學和人機工程學的國內兒童學習桌產品，其市場占有率不高普及率也比較低，關注的重點大多在桌子能否具備升降的功能，桌子的桌面是否可以進行傾斜，方便孩子平時繪畫等需要，桌體是否使用健康、安全和高強度的材料，還有就是產品的顏色。孩子的家長通過了解后，大多會選擇一款價格合適并且孩子喜歡的款式。在國外，智能學習桌基于人體工程學的概念最先研究的是英國，由美國學者進行了深入的發展。而人體工程學包含的范圍和學科又是特別的廣泛，在美國多稱之為人類工程學、工程心理和人類因素學；在歐洲叫工效學；日本叫做人間工學。例如，c·D·威肯斯在《人體工程學導論》中，提到長時間的坐著工作和辦公用具之間的聯系，對于如何使用人體工程學的知識，降低身體部分因疲勞帶來的傷痛進行了初步的介紹；在RobertBridger的《IntroductiontoErgonomics》和SamMaloof的《ThefurnitureofSamMaloof》中，也分析了練好的坐姿和習慣對于健康的關聯性。具體到教育場所和個人的方面，占有率和普遍率最高的是德國，其擁有這非常嚴謹的標準和流程，為孩子購買適合的學習桌已經是日常的一部分了。通過以上可以發現，其實無論是國內還是國外，傳統的智能學習桌的普及率還是很高的，按照正常來說，兒童的健康應該不會出現太大的問題，但是經過調查發現，我果還是有超過30%的人已經出現了不同程度的視力問題，而視力的問題又大多出現在晶狀體還未發育成熟的幼兒時期。因為我國的人口基數問題，所以我國視力存在問題的孩子是世界上最多的，所以研究一款智能學習桌系統已經是迫在眉睫的一個事情。本系統由于受眾人群的特殊性，要求包含安全衛生、功能全面、色彩多樣、益智趣味等因素。具體是以STC89C51為控制核心，以ADC0809模數轉換裝置作為將光敏電阻反應出的電流大小轉換為輸出的數值，反應到單片機中。本篇文章分為四個章節，具體內容如下：第一章講述了系統的方案如何設計的，先闡述系統方案是如何在兩種方案中進行抉擇的，然后是多種控制系統的擇優選擇和原因，最后是系統功能詳細的介紹，包括原理圖。第二章介紹了智能學習桌控制系統的硬件設計，其中包含各個模塊的設計原理介紹，如何選擇最適合要求的遙控模塊和照明模塊。第三章講述了系統的軟件設計；簡要介紹了系統的開發環境和系統流程圖。第四章是智能學習桌控制系統的調試部分，囊括了硬件焊接、硬件測試和軟件測試，提出幾條操作時，出現的問題和解決的方法。1系統方案設計1.1總設計方案選擇隨著社會的發展，生活水平方面也在不斷的提高，對于傳統的智能學習桌，因其只是強調了桌面角度和桌椅高度的可調節性，無法從根本提醒使用者坐姿錯誤。所以要設計出一套智能學習桌的控制系統，用于正面高效的改善使用者的學習習慣，對于本次智能學習桌控制系統提出以下兩種設計方案方案一：本設計分為兩種模式和五個按鍵：自動和手動模式；模式切換、設置、復位、加和減。自動模式下，使用紅外避障感應器，判斷使用者的坐姿是否標準，通過ADC0809模數轉換和光敏電阻調節亮度，使用HC-SR501人體感應器判斷是否有人。在手動模式下，可以通過長按加減按鍵調整亮度，可以設計學習時間，按下控制按鍵后可以通過加減鍵控制設置時間的分和秒。使用手機app，進行遠距離的控制模式和檔位。方案二：本設計有三種工作模式、三個按鍵：分為手動模式、自動模式和呼吸模式，第一個按鍵切換模式，其余兩個用于手動模式下，控制LED的亮度。采用ADC0809模數轉換芯片處理光敏電壓信號，控制芯片控制燈光的亮暗。自動模式下，檢查到有人且光線暗，臺燈才亮，離開延時熄滅。擁有紅外遙控功能，10米內可使用遙控器切換模式和增減亮度。為防止近視，附加紅外避障傳感器，使用其測距功能，提升使用者距離學習桌過近，用于防止近視，矯正坐姿。呼吸燈模式，屬于拓展模式，為以后增加可變色的燈，做準備，增強趣味性。本設計所面對的年齡較小的兒童，所以設計學習時間的實用性不強，遠距離的通過手機wifi操作的操作難度很大，但是收益不高，可以使用相對簡單的遙控器進行操控。所以綜合的來看方案二從收益的可行性來看，要更好一些。1.2主控制模塊選擇選擇嵌入式的微型處理芯片主要考慮其應用領域、自帶資源和功耗三個方面。方案一：使用STC89C51RC單片機（雙列直插式）[2]，比8051單片機更高速、功耗更低，擁有2個16位的計算器，可工作電壓為3.3-5.5V，頻率范圍為0-35MHz，無需購買通用編譯器即可使用PC端的控制程序將編程代碼下載到單片機中。具有經濟實惠、抗干擾能力強、功耗低、兼容性強大等優點。方案二：使用AVR單片機，一種嵌入內置RISC精簡指令的增強型高速8位的單片機，且內部擁有程序儲存器（flash），程序修改便捷，I/O口資源靈活、功能強大，并且可以實現充分利用。擁有獨立的看門狗電路和自動上電復位電路。具有應用范圍廣泛，可靠性高、功能強大、功耗低、價位低、速度高等特點。集眾多單片機的長處，又擁有其獨特的技術，屬于8位機中的佼佼者。方案三：使用FPGA（現場可編程門列陣[3]），多使用于專門的集成電路領域，屬于半定制器件，而且還是可以進行編程修改的。按照使用者的需求，其內部的邏輯塊和連接是可以根據需求進行更改的。FPGA可以實現比較龐大的電路，就當下來看，基本可以實現所有的需求。具有邏輯單元靈活、集成度高、適用范圍廣、周期低、費用低、風險小、質量穩定等優點。綜合以上三個方案最后選擇51單片機進行系統開發，因為其滿足開發需要，功耗低，抗干擾能力強，擁有強大的兼容性和普遍性，最主要的是相較于其他兩個方案，51單片機的價格優勢十分明顯，開發起來也更方便。1.3系統的總體設計通過對以上選擇方案的進一步的研究總結確定本產品還需要有以下幾個功能模塊組成：照明模塊因為需要驅動16個電壓5V,額定電流20mA的白光LED燈，選擇成本低，容易操控、大功率SS8550驅動照明模塊。手動模式下，通過紅外避障感應器，檢查坐姿是否標準，所有按鈕或者遙控裝置進行亮度的調節。自動模式下，使用HC-SR501人體紅外感應器確定是否有人，通過ADC0809模擬數字轉換芯片，通過接受電源通過光敏電阻后進入到芯片的電壓，將其和預設的閾值進行對比，將輸出值傳遞到單片機中，調整PWM的占空比對LED的電流進行控制，從而實現了對光度的自動調節。本系統結構框圖如圖1.1所示。圖1.1系統結構框圖2硬件電路設計2.1總電源電路設計根據項目的需求，選擇使用總電源為5V[4]，為整個系統的供電處理。可以選擇外接一個由4節1.5V電池構成的電池盒降壓后進行供電，或者選擇安裝DC插座，使用數據線另一端的USB接口，連接充電寶、手機充電器、或者電腦USB插口等5V的電源上。外接電池盒從實用性和便捷性的角度來考慮，都不如按照DC插座便捷，電池因為電量有限，無法進行長時間使用，不符合本設計的初衷。電源電路原理圖如圖2.1所示（可以選擇不接地）。圖2.15V電源電路原理圖為了系統的正常運行，設置了幾個用于保護電子器件的分壓電阻和用于信號接收器與單片機之間用于信號穩定功能的上拉電阻。2.2單片機控制模塊2.2.1單片機的引腳說明51單片機分為PDIP(40個引腳)和PLCC(44個引腳)兩種封裝形式[5]，本設計選擇PDIP40的直插式的單片機，在進行組裝前，優先選擇在電路板上面先焊接一個IC的插座，這樣在安裝單片機時，可通過對其引腳直接插入的方式進行安裝，一方面是操作簡便不容易破壞單片機，一方面方便日后程序的更改和調試。單片機引腳功能如表2.1所示。表2.1STC89C51單片機引腳功能表引腳名稱功能用途P1.0～P1.7連接上拉電阻驅動芯片RST連接復位電路P2.2、P2.4、P2.6連接三個指示燈ALE/P連接模數轉換器的時鐘引腳INT0連接紅外一體接收器P1.5、P1.6、P1.7連接三個按鈕X1、X2連接晶振電路EA/VP電源WR連接紅外接近傳感器RD連接蜂鳴器2.2.2單片機最小系統單片機的最小系統，最小系統即指使用最少的電子元件實現單片機工作。本設計使用到復位電路，晶振電路。下圖為本設計的最小系統外加一串P0口上的上拉電阻。其中復位電路可以看做是電腦的重啟按鈕，一旦程序出現錯誤或者想要重啟重啟程序，可以通過按復位電路中的按鈕來實現。而想要實現復位，需要在與復位單路連接的9號引腳，實現連續2us的高電平方才可以實現[6]。具體就是在圖中10uf的電容和10k的下拉電阻的作用下，通過開機的充電和下拉電阻的分擔實現的。如果沒有10uf電容，在通電后，單片機不會直接工作，只有在按下按鈕后，單片機才能正常工作。晶振電路是晶體振蕩器的簡稱，屬于一個電容和一個電阻串聯后再與一個電容并聯，相當于一個二級網絡。選擇的晶振12MHz，即單片機每秒工作12兆次，一般選擇的晶振不會超過24M，過大單片機運行時會出現不穩定的現象。電容選擇兩個30pf的，一般會選擇10pf-50pf之間，目的就是為了對18和19兩個引腳產生的其他頻率的波進行過濾，雖然對電路沒什么影響，但是會對單片機的時鐘電路產生影響[7]。32到40引腳連接的是上拉電阻，P0平時只有低電平和高阻態兩種狀態，如果需要其輸出高電平，就必須連上上拉電阻。上拉電阻一般會在1k和10k中進行選擇，比如連接數碼管的時候，就最好連接1k的上拉電阻，用于驅動數碼管；10k的就是多用于驅動芯片，而本次設計就是選擇了10k的上拉電阻來驅動模數轉換模塊。31號引腳用于接電源，由其在單片機復位以后，接低電平時從外部ROM的000H開始執行，接高電平從內部ROM的000H開始執行，本選用的是內部，使用接電源。單片機最小系統原理圖如圖2.2所示。圖2.2單片機最小系統原理圖2.3照明驅動模塊2.3.1照明模塊的選擇本次學習桌控制系統，考慮到需要實現自動調光、視力保護、安全合理等條件，選擇使用壽命長、效率高、容易控制而又靈活小巧的LED作為照明工具。在選擇驅動器時需要考慮[8]是否擁有足夠的功率，LED驅動器標準，是否可以提高能效、增加功能和功率密度。考慮產品的，壽命周期和可靠性。方案一：使用三極管驅動，三極管屬于一種控制電流的元件，使用單片機作為控制中心的應用電路中主要是開關的作用，分為PNP和NPN兩種。三極管具有：成本低，易操控等特點。方案二：使用PWM芯片（LM3410X）控制LED，PWM是指脈沖寬度調整信號，其中的寬度是指脈沖的高電平時間[9]。人眼對于光線的變化非常的敏感，本芯片有別于正向電流的變化改變顏色，實現寬范圍的調光，避免色彩漂移的現象。綜合以上，考慮到本設計，是驅動16個電壓5V的白光LED燈，三極管擁有成本低、易操控、易實現等特點，而LM3410X的成本高，不容易被找到的特點，所以選擇使用PNP型的SS8550驅動照明模塊。2.3.2LED驅動模塊設計本設計采用三極管SS8550驅動照明，如下圖2.3所示，本模塊與單片機的4號引腳相連，本設計采用16個LED燈進行并聯，正極連著電壓，負極連著SS8550三極管，由于LED并聯到一起發生壓降，故不適合選擇過多的LED燈。LED燈的亮暗變化是根據P1.3端口輸出低電平有關，通過調整PWM的占空比來控制電流的大小，如P1.3輸出低電平，三極管放大導通，LED變亮。具體電路原理圖如圖2.3所示。圖2.3LED三極管驅動LED原理圖2.4指示燈模塊本項目設計有三個指示燈，分別是綠燈、黃燈和紅燈，綠色亮，代表運行手動模數，黃燈亮，代表運行自動模式，紅燈亮，代表運行呼吸燈模式。電路圖如下圖2.4所示，三個LED燈的正極都是連著電源，串聯這一個電阻，負極按照綠黃紅的順序分別連著23、25、27三個引腳。由于LED的工作電壓為3V，小于電源的供電電壓是5V，所以設計加入三個分壓電阻；因為綠燈所需的分壓電流比較大，所以就串聯一個相對小一點的電阻，一般在220Ω-1K之間，本設計選擇了1K的分壓電阻。具體驅動電路原理圖如圖2.4所示。圖2.4LED指示燈模塊原理圖2.5按鍵模塊本產品需要根據按鍵實現功能的切換和亮度的控制，所以設計了三個按鍵，功能分別是模式的切換、亮度增加和亮度減少。最終設計出的電路圖如下。利用按鍵的導通性，多個按鍵一起使用的時候無需將每個按鍵都接地或者電源，使用將三個按鍵按照電路圖接地，便于焊接，減少工作量。按鍵另一端分別連接單片機P1.5、P1.6、P1.7三個I/O口，按下相應的按鍵，單邊機能夠在相對應的I/O口輸出低電平。按鍵在按壓的過程中，會產生點平不平穩的現象，從而導致10-200毫秒之間的機械抖動。本設計采用避開抖動部分時間，當電平平穩后再處理程序的方法去除抖動。具體是在感應到有按鍵的操作時，延時20微秒再讀取I/O口的值，輸出為1視為干擾信號；輸出為0才處理程序。其電路原理圖如圖2.5所示。圖2.5按鍵電路原理圖2.6模數轉換模塊本項目需要在自動的模式下，實現LED燈按照光線的明暗調整自身的亮度變化。按照要求最終設計出了由光敏電路和ADC0809模數轉換器構成的模數轉換模塊。其中模數轉換器的引腳26屬于模擬量輸入通道，與設計的光敏電路相連接；引其中msd2-1到lsb2-8屬于數據輸出線與和單片機32到40引腳相連的上拉電阻連接，以三態緩沖的形式輸出。Clock為時鐘信號角，與單片機的30號連接，輸出為500KHz的時鐘信號，這樣設計在程序上相對簡單，并且也節約了I/O口；23、24、25三個接口屬于地址線，本次直接接地。從光敏電路的角度來看，就是一個光敏電阻一方面和電阻103串聯接地，一反面通過26號引腳連接模數轉換器，因為電容的作用主要就是濾波，所以正常操作的時候，可以先不考慮。103電阻是可以調節的，由于103電阻和光敏電阻屬于串聯關系，可以起到分壓的效果，所以103號電阻可以起到伐值調節的作用。具體原理圖如圖2.6所示。圖2.6ADC0809模數轉換器原理圖總體的流程為，切換到自動模式，光線增強，光敏電阻阻值減少，串聯電路分壓增加，所以輸入到模數轉換器的電壓變大[10]，模數轉換器輸出數值變大，單片機輸出相應的PWM值，從而改變LED燈的亮度。2.7遙控模塊2.7.1遙控模塊選擇本由于本次設計的需求包含遠程操控的功能點，所以增加了遙控模塊，遙控主要包含紅外式遙控和超外差事無線遙控等，并且都有著廣泛的應用，以下具體介紹兩個方案進行擇優選擇：方案一：使用超再生無線模塊作為本設計的遙控模塊，使用SC2262-IR專用紅外遙控模塊作為編碼發射模塊，使用SC2272作為無線接收于解碼采用部分。兩個模塊都是由8個地址信號（包括1、0、開路）和4個數據信號（包括1、0），接收到315M的高頻信號，模塊輸出1。當兩模塊的8位地址數據組成的編碼相同，SC2272的17腳輸出高電平表示解碼成功；后續操作由4位的數據信號解析完成。具有應用范圍廣，電子元件少，功耗低，工作電壓范圍寬（2.6-15V）等優點。方案二：使用紅外遙控裝置進行遠程超控，采用紅外發光二極管作為發射電路，使用一體化紅外接收器作為接收裝置[11]。通過按下指令鍵，由二極管放出特定的經過調制放大的指令編碼信號；通過接收電路接收到的編碼指令，經過放大調制信號，把其還原為編碼信號，最后在編譯后使用驅動電路執行出來。因為紅外遙控無法穿過障礙物去超控，所以無需進行發射裝置和接收裝置進行頻率和編碼的區分過程，基本不會出現信號“串門”的情況[12]。具有傳輸效率高，可靠性強，價格優惠，操作簡單等優點。綜合以上兩個方案，考慮到設計的成本還有簡便性等問題，本設計選擇采用紅外遙控電路，通過相應的按鍵識別所對應的程序，實現遠程的控制，而且可以鍛煉編寫程序的能力。2.7.2紅外遙控設計根據本項目要求，使用紅外遙控器[13]作為發射裝置，通過點擊1、2、3數字鍵來完成本產品三種模式的切換，通過點擊加、減按鈕來控制LED燈的亮度。進過設計決定，本模塊由具有紅外發射芯片的遙控器和一體化紅外接收裝置構成。遙控器功能的實現，是通過里面的紅外遙控芯片（PPM編碼方式），發送出一組108ns的編碼脈沖[14]。通過對用戶碼的檢驗，實現遙控器和接裝置相匹配，避免出現多個儀器互相干擾的情況。遙控編碼脈沖包括，前導碼、用戶碼、用戶碼的反碼、操作碼以及操作碼的反碼組成，反碼可以驗證編碼的正確性。前導碼是一個遙控的起始部分，由起始碼（9ms）和結束碼（5ms）作為準備的脈沖。二進制的“1”由脈寬1.68ms、周期2.24ms組合[15]；“0”由脈寬0.56ms、周期1.12ms組成（當按鍵時間超過108ms，則接下來的代碼有9ms（起始碼）2.5ms（結束碼）組成）。其具體電路原理圖如圖2.7所示。圖2.7紅外一體遙控接收裝置電路原理圖一體化紅外接收裝置使用外部中斷INTI的13號管腳相連的方法，使用計時器0計算中斷的間隔時間，從而識別前導碼和二進制碼，最終將8位操作碼提取出來。因為紅外接收部分的驅動電源是小于5V的所以需要R8電阻進行分壓，而另外的兩個電容（濾波）和上拉電阻R4電阻均為信號穩定的作用。2.8人體感應模塊本設計要求，在自動模式下，當周圍沒有人的時候，LED不亮，當用戶距離智能學習桌過近的時候，本系統要做成提示。經過研究決定本模塊由HC-SR501人體感應器和E18-D50NK紅外避障傳感器和蜂鳴器三部分構成。選擇E18-D50NK紅外避障傳感器，屬于一款NPN型的光電開關，輸出狀態為0、1，即數字電路中的高電平和低電平，可以直接連接到單片機的IO口上，當檢測到障礙物時輸出低電平，正常狀態輸出高電平。并且其價格優惠[16]，受可見光影響小性能可靠，便于裝配和實用方便（可以根據使用人的特點，調節避障距離）。選擇蜂鳴器的原因，也是因為其廉價和便于操作的原理。HC-SR501人體感應器是一種基于紅外線技術的自動控制模塊[17]，多用于各類自動感應設備：比如干電池供電的自動控制產品。可以直接手動對延時和距離進行調節。為了增強感應器的靈敏度，在感應器上扣一個菲涅爾的光學透鏡。本設計就是在調整好后連接到單片機P2.7引腳，如圖為HC-SR501人體感應器的電路圖。其具體原理圖如圖2.8所示。圖2.8HC-SR501人體感應器原理圖3系統軟件設計整個項目的實現是通過軟件和硬件兩個方面的相輔相成才能夠實現的。說明書的前兩章已經詳細的介紹了各個模塊的功能和選擇。想成功的使用軟件還需要選擇一個開發平臺，從而進行單片機程序編寫。3.1軟件開發環境及流程本次設計采用了KeilC51的軟件開發系統，從編程的角度來看C語言的優勢也是很明顯的，在結構性、功能性、可維護性，可移植性上都具有優秀的表現，而且在出現錯誤和發現問題的時候，因其簡單上手，也便于漏洞的修改。開發平臺選擇使用Keil4來運行[18]，Keil提供了完整的開發計劃，包括C編譯器，庫管理，宏程序集，連接器以及將這些組件組裝到集成開發環境（Vision）中的非常強大的模擬器調試器，并且其集成環境也特別方便，非常適合STC89C51單片機程序的燒制。3.2坐姿警報程序介紹本產品為智能學習桌控制系統，一切的前提都是在矯正不良坐姿改善用眼情況的基礎上，使用當使用者距離避障傳感器過近的時候，蜂鳴器會發出提示，無論是哪種工作模式都要遵守本前提。其具體的坐姿警報流程圖3.1如下。圖3.1坐姿警報流程圖3.3自動模式程序介紹系統在確認使用者坐姿正確的情況下，自動模式只有確認有人使用，并且光線值大于100的情況下[19]，才可以由操作系統自動控制亮度。其具體流程圖3.2如下。圖3.2自動模式程序流程圖3.4手動模式紅外遙控程序介紹本控制系統在手動模式下，可以通過按鍵或者紅外遙控的形式，進行亮度的切換。使用者可使用本功能自由的改變LED的亮度，增強系統的實用性。其具體流程圖3.3如下圖3.3手動，模式紅外遙控程序流程圖4焊接與調試4.1電路焊接焊接時采用的是手工焊接的方式，目前大規模的制作是不會使用這種方式的，但是為了控制成本，本設計采用手工焊接的方式。由于是手工焊接，所以操作上出現失誤，就會導致成品本質上功能的失誤。焊接成品如下圖4.1所示圖4.1焊接成品展示圖4.2系統調試在整個系統通電之前，觀察焊接系統是否存在問題。如仍有明顯斷裂，正負極連接、器件連接、焊接不實等，然后用萬用表檢測電源正負電壓，是否出現嚴重的電源問題，如短路等。在實際炒作中，出現了以下3種錯誤：錯誤一：焊錫點過大，導致系統短路，最后采用吸錫器將多余的焊錫吸除。錯誤二：焊錫點短路，因為很細小的一個焊錫點造成的短路現象，肉眼很難觀察出來，后使用我萬用表檢測出來，并使用電烙鐵將細小的焊錫點帶走。錯誤三：錫虛焊，沒有將硬件和電路板連接，后搭上萬用表測試發現，沒有導通，解決方法為，增加焊錫實現連接。在搭建調試平臺后，需要對軟件程序進行調試，若程序調試沒有問題，接下來開始驗證系統功能是否滿足要求，若功能有問題，需要繼續調試程序，反復進行，直到所有功能都滿足為止。4.2.1軟件調試在軟件調試過程中，點擊編譯按鍵，文件在系統中正常運行，提示的信息可以在窗口中進行顯示，若提示的信息中顯示“error”[20]，就要根據提示找錯誤程序并改正，直到錯誤消失，無錯誤信息提示。若程序編譯無錯誤后，則開始燒寫程序，開始驗證系統功能是否滿足要求，若功能有問題，需要繼續調試程序，反復進行，直到所有功能都滿足為止。4.2.2硬件測試首先使用萬用表查看電源是否短路，然后測量管腳是否連接正確，有沒有接線錯誤。上電以后觀看每個器件是否正常工作，最后再逐一測試功能。在測試過程中，發現LED指示燈不亮，首先檢查焊接情況，沒有發現接錯或虛焊情況。接著檢查程序編寫，無錯誤顯示。基本可以斷定是器件損壞問題，最后更換LED指示燈后功能得以實現。在調試自動模式下人體感應模塊時，發現程序無法正常運行，后進過反復的排查和查找資料后，發現是連接到主電路板時，接觸不良導致的，后加固后就沒有發生過情況了。4.3實物測試根據本設計需求，對實物功能進行逐一測試：連接電源，點擊開關，打開智能學習系統。靠近紅外接近傳感器，并分別切換不同的模式，觀察蜂鳴器是否反應。遠離紅外接近傳感器，在初始的手動模式下點擊后兩個按鍵，觀察LED亮度的變化。切換到自動模式，分四種情況測試系統[21]，分別是：有人、光線充足；有人、環境較暗；無人、光線充足；無人光線較暗。最后在成功的那組，小幅度的改變環境的亮暗即可。結論本去篇論文針對的是在5到10歲的兒童，在日常的學習生活中，坐姿和用眼習慣的不端正，導致了大量的眼部疾病的產生。經過考察發現傳統的智能學習桌無法有效的督促，而本設計可以有效的起到坐姿警報的作用，填補了這方面市場的空白。本系統使用STC89C51單片機作為主控制器，利用ADC0809傳感器作為模數轉換模塊，所用紅外避障傳感器檢查使用者坐姿是否標準，為了起到環保節能的作用。在自動模式下，使用光敏電阻傳遞給模數轉換器的電信號來檢測環境的亮度，使用HC-SR501感應器檢測周圍是否有人，但操控者距離較遠的時候，也可使用紅外遙控裝置進行遠程的操控。本設計使用Keil4進行C語言的編程，從而實現各個模塊的功能。經過了硬件和軟件多次的測試，目前各個部分已經達到預期的標準。經過本次設計，主要有以下體會：1.熟練了紅外遙控的應用。2.進一步的掌握了STC89C51單片機和ADC0809模數轉換裝置的應用。3.明白了如何通過輸出不同的占空比來調節LED的亮度，從而對耗電量進行相應的管理。4.對于HC-SR501人體感應器和E18-D50NK紅外避障傳感器的使用和調試有了進一步的了解。5.培養了不懂就問和自主學習的能力。參考文獻[1]焦守華,張東輝.建筑裝飾裝修的基本原理[M].黑龍江:黑龍江科技信息大學,2010.8：5-12[2]威肯斯.人因工程學導論[M].上海:華東師大出版社,2007.9：18-35[3]蘇垣.從人類工效學看健康型桌面結構設計[J].人類工效,2001.3(7)：54-67[4]祝玲.基于STM32單片機emWin系統設計[J].武漢大學報,2017.19(07)：120-135[5]李曉鳳,王志坤,郭芳.兒童多功能學習桌椅[J].西安：德州學院機電工程學院,2019.5：1-5[6]朱智勇,段吉海,鄧進麗,韋雪明,趙洪飛.一種超低功耗高性能亞閾值全CMOS基準電壓源[J].半導體技術,2016.12：23-45[7]蔡型,張思全.短距離無線通信技術綜述[J].現代電子技術,2004.3：18-31[8]吳媛媛,葉茂森.紅外遙控技術淺析[J].廣西輕工業：計算機與信術,2009.2：130-145[9]林海峰.紅外收發集成電路設計[M].浙江:浙江大學,2006.5：25-45[10]洪婷.一種紅外接收芯片的設計[M].沈陽:沈陽工業大學,2009.9：45-67[11]田一然.手寫體數字識別技術的研究與實現[M].吉林:吉林大學,2015.12：34-38[12]郝夢琳.手寫體數字識別方法研究與實現[M].太原:太原科技大學,2013.6：47-52[13]賈曉欽.基于CMOS技術的紅外接收芯片前端設計及實現[J].成都:電子科技大學,2008,9：34-45[14]陳巍.紅外遙控接收放大器解碼特性研究—最小命令碼間隔.科技傳播[J].武漢大學學報,2014,8：12-16[15]邢遠.深度學習在手寫數字識別中的應用[M].浙江:蘇州大學,2017.9：12-27[16]何西麟.基于深度學習的手寫體字符識別研究與實現[M].廣東:中山大學,2015.5：59-63[17]趙玉安.人體熱釋電紅外傳感器介紹[J].中國電子制作,2006,9(1):35-40[18]俞海珍,李憲章,馮浩.熱釋電紅外傳感器及其應用[J].電子照明技術,2006.(1):25-28

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附錄1原理圖附錄2源程序代碼#include<reg52.h>//包含頭文件，一般情況不需要改動，頭文件包含特殊功能寄存器的定義#include<stdio.h>#include<intrins.h>#include"delay.h"#include"rc522.h"#include"1602.h"http://宏定義#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharuintX1=0;uintX2;//頭函數#include<reg52.h>#include<ADC0809.h>//時間計算#defineImax14000//此處為晶振為11.0592時的取值,#defineImin8000//如用其它頻率的晶振時,#defineInum11450//要改變相應的取值。#defineInum2700#defineInum33000//解碼變量unsignedcharIm[4]={0x00,0x00,0x00,0x00};ucharshow[2]={0,0};//全局變量ucharf;unsignedlongm,Tc;unsignedcharIrOK;//LED燈光強度ucharLL=0;uintYK=0;uintZY=0,Xi=0,FZ=0;ucharMode=1;//函數聲明voidInit();voiddelay(uchari);//管腳聲明sbitLED=P1^4;sbitLEDR=P2^2;sbitLEDG=P2^4;sbitLEDY=P2^6;sbitset=P1^5;sbitadd=P1^6;sbitdec=P1^7;//主函數voidmain(){ //定時器初始化100HZ Init(); m=0; f=0; //模式1 LEDR=1; LEDY=1; LEDG=1; delay(3); LEDR=0; LEDY=1; LEDG=1; //循環 while(1) { //讀取亮度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; } } //遙控器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鍵 if(Im[2]==0x0c) { LEDR=1; LEDY=1; LEDG=1; delay(100); LEDR=0; LEDY=1; LEDG=1; Mode=1; } //2鍵 elseif(Im[2]==0x18) { LEDR=1; LEDY=1; LEDG=1; delay(100); LEDR=1; LEDY=1; LEDG=0; Mode=2; } //3鍵 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; } }}//定時器初始化voidInit(void){EA=1;//開啟總中斷IT1=1;//下降沿有效EX1=1;//外部中斷1開TMOD=0x11;//定時器初始化TH0=0;//T0賦初值TL0=0;TR0=0;//t0開始計時}//延時voiddelay(uchari){ucharj,k;for(j=i;j>0;j--)for(k=125;k>0;k--);}//外部中斷解碼程序_外部中斷0voidintersvr1(void)interrupt2using1{LED=1;TR0=1;Tc=TH0*256+TL0;//提取中斷時間間隔時長TH0=0;TL0=0;//定時中斷重新置零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++;//取碼 } if(m==32){m=0;f=0;if(Im[2]==~Im[3]){IrOK=1; TR0=0; }elseIrOK=0;//取碼完成后判斷讀碼是否正確}//準備讀下一碼}}致謝在這次畢業設計中，隨著項目與論文的逐漸完成，我不僅提升了自己的理論知識與動手操作能力，更重要的是給予了我信心與溫暖。本設計從選題研究到設計制作的過程中，得到了許多老師和同學的幫助與鼓勵。尤其要感謝我的指導教師胡海龍老師和于宏波老師的親切關懷與悉心指導，他們嚴謹的治學精神，精益求精的工作作風，深深感染和激勵著我，從選題到設計完成，老師們都始終給予我細心地指導和不懈的支持。在實物檢測過程中，多次發現問題，當我查閱書籍查找資料都無法解決時，是胡老師和于老師放下手中的工作，不厭其煩的幫助我不斷嘗試與更改，給與我學術上的指導與心理安慰，感謝胡老師和于老師的幫助才使我順利完成本次設計。在這里要，我還要感謝大學四年里在學業上對我盡心幫助的所有老師們，是你們四年里孜孜不倦，傳道受業解惑，成就了我今天取得的成績。感謝陪伴我一路走來的同學們，是你們的幫助與包容，讓我倍感溫暖。最后,衷心感謝母校沈陽城市學院，讓我身在異鄉卻感受到了家的溫暖，輔導員、班主任、導師、園區老師，在我的思想、學業、生活每個方面都做到了無微不至的關懷，受“三自教育”的鼓舞讓我能夠更加優秀、獨立。還有母校帶給我們的自信，作為一名“綠島”學子，無論走到哪里我都會記住一句話，那就是“我行我能”。

論文的研究方法和手段有哪些

（1）調查法

調查法是科學研究中最常用的方法之一。它是有目的、有計劃、有系統地搜集有關研究對象現實狀況或歷史狀況的材料的方法。一般是通過書面或口頭回答問題的方式獲得大量數據，進而對調查中收集的大量數據進行分析、比較、總結歸納，為人們提供規律性的知識。

（一）典型例子

調查法中最典型的例子是問卷調查法。它是通過書面提問收集信息的一種方法，即調查人員編制調查項目表，分發或郵寄給相關人員，詢問答案，然后收集、整理、統計和研究。

（二）研究步驟

1.確定調查課題

確定題目時要注意選題是否具有研究的必要性和可能性，同時要注意選題切忌太大，也要避免無意義的重復勞動。

2.制定調查計劃

要明確調查課題、調查目的、調查對象、調查范圍、調查手段、調查步驟、時間安排。

3.收集材料

收集材料時要盡可能保持材料的客觀性，盡可能采取多種手段或途徑。

4.整理材料

將收集到的材料進行整理，以便后續總結歸納、形成結論。

5.總結研究

對整理完的材料進行分析、總結、歸納，得出一般性的結論。

（三）特點

調查法相對其他研究方法來說較為耗時耗力，但也有其優勢，即獲得的一手資料信息真實具體，能夠對研究對象有更加準確、清晰的認識。

（2）觀察法

觀察法是指人們有目的、有計劃地通過感官和輔助儀器，對處于自然狀態下的客觀事物進行系統考察，從而獲取經驗事實的一種科學研究方法。

（一）典型例子

皮亞杰的兒童認知發展理論就是通過觀察法提煉總結出來的；兒童心理學創始人——普萊爾，也是在一次次地使用觀察法后，提出了兒童心理學領域中的諸多理論。

（二）研究步驟

1.明確觀察對象

在選擇和確定研究問題的基礎上確定觀察者與觀察對象。

2.制定觀察計劃

在觀察計劃中要規定明確的觀察目的、重點、范圍以及要搜集的材料。

3.做好觀察準備

觀察準備是否充分，往往影響觀察的成敗。

4.做好記錄

在觀察過程中要時時記錄，不放掉任何一個關鍵信息。

（三）特點

觀察法具有拓展人們的感性知識、啟