杜 偉，譚等泰，馮 偉，靳娜維

（甘肅政法大學(xué)公安技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000）

在日常學(xué)習(xí)和工作中，書(shū)桌是我們的必需品，它不僅僅是家具更是解決問(wèn)題，創(chuàng)建想法和構(gòu)建業(yè)務(wù)的地方，而且至少伴隨我們度過(guò)一天中三分之一的時(shí)間。但久坐于書(shū)桌前又會(huì)導(dǎo)致眼部、頸部及腰部等疾病，極大的影響了學(xué)習(xí)及工作的效率，給生活帶來(lái)諸多不便。根據(jù)國(guó)家教育部、衛(wèi)生部近年來(lái)的一項(xiàng)調(diào)查顯示，目前，我國(guó)中小學(xué)生眼睛近視率居高不下，且呈逐年快速上升的趨勢(shì)。青少年在成長(zhǎng)過(guò)程中，在學(xué)校學(xué)習(xí)、寫(xiě)作普遍需要長(zhǎng)時(shí)間靜坐，放學(xué)回家后又需要伏案寫(xiě)作業(yè)，平時(shí)休息的時(shí)候又坐在桌子前玩電腦，每天都是在久坐的情況下生活。除了天生有缺陷的人外，大多數(shù)人的脊柱是呈正常狀態(tài)的，長(zhǎng)期坐姿不良導(dǎo)致含胸駝背的情況普遍存在。

近年來(lái)，隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的普及和智能家居產(chǎn)品的快速發(fā)展，吸引了越來(lái)越多的人關(guān)注它所帶來(lái)的種種裨益，其中就包括智能書(shū)桌對(duì)于人體健康的影響。2013年9月由曾任職蘋(píng)果公司和迪斯尼樂(lè)園的工程師成功設(shè)計(jì)完成了首款名為“Stir inect”的智能書(shū)桌，此產(chǎn)品使用嵌入式觸摸屏控制，通過(guò)深度關(guān)注用戶(hù)，使其在工作時(shí)更輕松，更整潔。雖然此款書(shū)桌設(shè)計(jì)出眾，但接近三萬(wàn)的價(jià)格讓很多人都趨之若鶩。后來(lái)其他設(shè)計(jì)師陸續(xù)推出各種類(lèi)型的智能書(shū)桌，由此發(fā)起了國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)者對(duì)此類(lèi)項(xiàng)目的研究熱潮。2015年6月，廣州世麥信息科技有限公司研發(fā)設(shè)計(jì)了“黑臉智能書(shū)桌”，該書(shū)桌集成多種傳感器實(shí)現(xiàn)了智能辦公的目的，其產(chǎn)品主要是針對(duì)高級(jí)商務(wù)辦公設(shè)計(jì)的。2016年8月一款名為Gaze Desk的智能書(shū)桌在Kickstarter上發(fā)起了眾籌，這款書(shū)桌通過(guò)藍(lán)牙，能夠與家中其他智能設(shè)備同步，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)共推出了六種不同的款式設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足不同客戶(hù)的需求。也有許多設(shè)計(jì)師設(shè)想了未來(lái)智能書(shū)桌的發(fā)展方向，如瑞典宜家家居對(duì)未來(lái)概念廚房中的桌子的概念設(shè)計(jì)，兼具了從食材分類(lèi)到桌上烹飪的許多功能，未來(lái)科技感十足。就目前來(lái)看，智能書(shū)桌產(chǎn)品發(fā)展?jié)摿薮蟮芯烤徛?，而且人們的消費(fèi)觀(guān)和消費(fèi)能力并不充分。對(duì)于智能書(shū)桌的開(kāi)發(fā)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者都提出了一些設(shè)計(jì)方案，這些方案大多基于微型處理器的控制，通過(guò)WIFI、藍(lán)牙、ZigBee等通信模塊完成設(shè)備之間的無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)以及人機(jī)交互[1]。

本設(shè)計(jì)以STM32F103系列單片機(jī)為核心微控制器，設(shè)計(jì)了一款多功能智能書(shū)桌,用戶(hù)可通過(guò)桌面終端，隨時(shí)獲取到書(shū)桌周?chē)臏貪穸?、光照情況，可通過(guò)桌面高度記憶模式來(lái)手動(dòng)或者自動(dòng)調(diào)節(jié)桌面高度，對(duì)調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)環(huán)境、預(yù)防青少年近視率、兒童脊柱彎曲、駝背有一定的輔助效果。

1 系統(tǒng)概述

本智能書(shū)桌采用嵌入式操作系統(tǒng)和WIFI無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性和拓展性[2]。采用STM32F103zet6作為微處理芯片，配置OLED顯示屏進(jìn)行交互顯示；通過(guò)紅外人體感應(yīng)模塊，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)有無(wú)使用者的出現(xiàn)來(lái)控制外置LED節(jié)能臺(tái)燈的開(kāi)關(guān)；通過(guò)光敏傳感器采集的光照信息自動(dòng)控制臺(tái)燈亮度；通過(guò)溫濕度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，獲取到周?chē)h(huán)境的空氣質(zhì)量[3]；通過(guò)三軸加速度傳感器判斷書(shū)桌桌面傾角狀況；通過(guò)WIFI模塊連接互聯(lián)網(wǎng)，與中國(guó)移動(dòng)公司開(kāi)發(fā)的線(xiàn)上OneNET物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)放平臺(tái)互聯(lián)控制，通過(guò)對(duì)上傳到云平臺(tái)的大數(shù)據(jù)分析，了解個(gè)人使用習(xí)慣，對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行有效的針對(duì)性處理，以期達(dá)到更舒適、更便捷、更健康的學(xué)習(xí)工作狀態(tài)。本文提出的智能書(shū)桌的硬件結(jié)構(gòu)，根據(jù)功能大致可分為以下幾個(gè)部分：系統(tǒng)主控模塊、輸入模塊、輸出模塊等。智能書(shū)桌總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖如圖1所示。系統(tǒng)的主控制模塊作為整個(gè)系統(tǒng)的“大腦”，對(duì)輸入設(shè)備采集的信息進(jìn)行分析和判斷，根據(jù)控制算法做出控制決策，驅(qū)動(dòng)輸出裝置完成對(duì)智能書(shū)桌的自動(dòng)控制。通信模塊將外設(shè)采集的環(huán)境溫濕度、光照強(qiáng)度、書(shū)桌傾角數(shù)據(jù)、指示燈狀態(tài)等數(shù)據(jù)上傳至OneNET云平臺(tái)，通過(guò)圖表的方式在網(wǎng)頁(yè)中直觀(guān)顯示數(shù)據(jù)。當(dāng)溫濕度或傾角數(shù)據(jù)超出閾值時(shí)將自動(dòng)給預(yù)先指定的郵箱發(fā)送郵件提醒，并通過(guò)蜂鳴器警報(bào)提醒。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 各模塊的算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 桌面升降系統(tǒng)

對(duì)于可升降式書(shū)桌，可以隨時(shí)改變高度且精準(zhǔn)控制及其重要。本設(shè)計(jì)選用樂(lè)歌公司生產(chǎn)的升降桌，通過(guò)二次改造與主控芯片連接，通過(guò)按鍵可以實(shí)現(xiàn)桌面高度的上升、下降。桌面升降系統(tǒng)選用步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力來(lái)源，步進(jìn)電機(jī)利用電磁學(xué)原理將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能[4]。參考大量資料發(fā)現(xiàn)，小型升降式系統(tǒng)通常選用步進(jìn)滑臺(tái)和步進(jìn)電動(dòng)推桿。步進(jìn)電動(dòng)滑臺(tái)是直線(xiàn)滑臺(tái)的一種，推力小、速度慢、噪音大、行程也不能很長(zhǎng)，常用作工業(yè)機(jī)械手、XYZ軸機(jī)械手、坐標(biāo)軸滑臺(tái)等。步進(jìn)電動(dòng)推桿是步進(jìn)電機(jī)與絲桿一體化設(shè)計(jì)的模塊化產(chǎn)品，可長(zhǎng)時(shí)間工作，實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度、高速度、高精度定位、平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)、低噪聲。工作原理是將步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)由于步進(jìn)電機(jī)自身的特性可以做到精確控制高度、速度、精度[5]。

2.2 SHT20數(shù)字溫濕度傳感器

溫濕度傳感器種類(lèi)繁多，不同的產(chǎn)品工作地點(diǎn)、工作時(shí)長(zhǎng)、工作環(huán)境都有很大的差別。當(dāng)環(huán)境溫濕度不理想時(shí)，肯定會(huì)影響工作和學(xué)習(xí)的質(zhì)量，智能書(shū)桌通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)周?chē)h(huán)境的溫度、濕度的變化情況，實(shí)時(shí)提醒使用者注意周?chē)h(huán)境的情況，當(dāng)溫度值過(guò)高，超過(guò)預(yù)先設(shè)定的閾值時(shí)，進(jìn)行聲光報(bào)警，并在指定郵箱下發(fā)郵件提醒。書(shū)桌一般在室內(nèi)放置使用，條件要求簡(jiǎn)單，綜合考慮使用SHT20數(shù)字溫濕度傳感器。SHT20數(shù)字溫濕度傳感器基于數(shù)字傳感技術(shù)，具有較高的可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。另外，它具有體積小、響應(yīng)快、能耗低、抗干擾能力強(qiáng)、性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。考慮到可能發(fā)生的意外情況，當(dāng)監(jiān)測(cè)溫度超過(guò)40攝氏度時(shí)（特殊工作環(huán)境可以設(shè)置不同的閾值，量程在-40℃-125℃），認(rèn)為當(dāng)前溫度不適合再繼續(xù)正常工作，發(fā)出聲光報(bào)警提醒[6-7]。溫濕度監(jiān)測(cè)工作流程如圖2所示。

圖2 溫濕度監(jiān)測(cè)工作流程

2.3 紅外人體感應(yīng)模塊

在正常的學(xué)習(xí)和工作中，人們保持高度集中的時(shí)間因人而異，經(jīng)過(guò)培訓(xùn)后，最多不超過(guò)一小時(shí)，對(duì)于未成年人來(lái)說(shuō)，高度集中的時(shí)間較少，一般在20～30min內(nèi)。學(xué)習(xí)一段時(shí)間后，適當(dāng)放松，做一些體育鍛煉，聽(tīng)聽(tīng)音樂(lè)等等，這樣精神才能得到有效的調(diào)整。本設(shè)計(jì)擬設(shè)定40min的閾值，當(dāng)學(xué)習(xí)工作時(shí)長(zhǎng)達(dá)到設(shè)定值后啟動(dòng)聲光提醒，在設(shè)計(jì)初期考慮的方案有兩種：一種使用軟件時(shí)鐘計(jì)時(shí)器，當(dāng)使用者按下學(xué)習(xí)工作鍵開(kāi)始計(jì)時(shí)，時(shí)長(zhǎng)達(dá)到閾值后自動(dòng)聲光提醒。另一種使用紅外人體感應(yīng)模塊和時(shí)鐘計(jì)時(shí)器結(jié)合，當(dāng)紅外傳感器檢測(cè)到有使用者后再開(kāi)始計(jì)時(shí)，時(shí)長(zhǎng)達(dá)到閾值時(shí)自動(dòng)聲光提醒。結(jié)合實(shí)際情況，在工作時(shí)有可能會(huì)短暫離開(kāi)書(shū)桌，第一種方案有所欠缺，最終選擇紅外和計(jì)時(shí)器相結(jié)合的方式。本設(shè)計(jì)選擇E18-D80NK紅外感應(yīng)傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)智能書(shū)桌對(duì)使用者的檢測(cè)。E18-D80NK是集發(fā)射和接收為一體的光電傳感器[8]。由于紅外光自身的屬性，不同顏色的物體對(duì)于紅外光的反射不同，所以可以探測(cè)到的最大距離不同，白色物體的探測(cè)距離是最遠(yuǎn)的，黑色物體的探測(cè)距離是最近的。紅外探測(cè)到的人體距離可根據(jù)實(shí)際測(cè)試要求，通過(guò)尾部的電位器旋鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)[9]。如圖3所示為紅外感應(yīng)模塊的管腳圖，三根引線(xiàn)分別是紅色（正極），綠色（負(fù)極），黃色（信號(hào)）。

圖3 紅外感應(yīng)模塊管腳圖

2.4 ADXL345三軸加速度模塊

ADXL345三軸加速度傳感器是利用加速度的基本原理，實(shí)現(xiàn)將加速度轉(zhuǎn)化位移值，再轉(zhuǎn)化為相應(yīng)角度值。加速度是物體速度的變化率，速度是同一物體的位置變化的速率。換一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，速度的導(dǎo)數(shù)是加速度，位移的導(dǎo)數(shù)是速度，因此可推導(dǎo)出公式（1）：

積分和導(dǎo)數(shù)相反，如果一個(gè)物體的加速度是已知的，那么我們可以對(duì)加速度求一重積分得到速度值，再對(duì)速度進(jìn)行一重積分得到位移值，即對(duì)加速度二重積分來(lái)得到物體的位移值。假設(shè)初始條件為0，則有公式（2）：

三軸加速度傳感器由于自身硬件所致，在檢測(cè)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)位移漂移、數(shù)據(jù)波動(dòng)較大等現(xiàn)象，導(dǎo)致在處理數(shù)據(jù)的過(guò)程中有異常信號(hào)干擾的情況，所以首先要對(duì)收集到的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波。低通濾波是消除加速度計(jì)中信號(hào)噪聲 (包括機(jī)械噪聲和電子噪聲)的一種很好的方法。為了減小信號(hào)在求二重積分時(shí)的大部分誤差，必須降低噪聲干擾。對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行濾波的一個(gè)簡(jiǎn)單方法是平均值算法。通過(guò)多個(gè)采樣值求取一組采樣的平均值，然后對(duì)平均值進(jìn)行二重積分獲得最終的角度數(shù)據(jù)。采樣值過(guò)多可能造成數(shù)據(jù)的丟失，而太少又會(huì)出現(xiàn)計(jì)算結(jié)果波動(dòng)大，不利于后期處理顯示。本設(shè)計(jì)通過(guò)實(shí)際測(cè)試，最終選擇以200個(gè)采樣值為一組，計(jì)算結(jié)果在OLED屏幕中顯示X、Y軸的偏離角度。

2.5 光照控制模塊

良好的照明條件不僅有利于學(xué)習(xí)工作，而且眼睛可以免受過(guò)強(qiáng)的非自然光照對(duì)于眼球的刺激和傷害。對(duì)于控制LED燈由暗到亮或由亮到暗，采用PWM(脈寬調(diào)制)法，PWM調(diào)光信號(hào)是數(shù)字的，如果把導(dǎo)通時(shí)直流供電值標(biāo)注為1，即高電平狀態(tài)，把斷開(kāi)狀態(tài)下標(biāo)注為0，即低電平狀態(tài)，那么在一個(gè)周期T內(nèi)持續(xù)導(dǎo)通的時(shí)長(zhǎng)為一個(gè)周期二分之一的時(shí)間，那么它的占空比為50%。

通過(guò)GY-30光照傳感器,將智能書(shū)桌當(dāng)前的光強(qiáng)信息通過(guò)主控模塊處理分析，當(dāng)光照強(qiáng)度低于50Lx時(shí)候，開(kāi)啟燈光，此時(shí)照明亮度最低，達(dá)到閾值開(kāi)啟條件，隨著時(shí)間推移夜晚降臨，照明亮度逐漸加強(qiáng)，最終達(dá)到額定功率。通過(guò)PWM波自動(dòng)控制燈光照明系統(tǒng)，提供最優(yōu)的光照亮度，保證使用者在工作、學(xué)習(xí)時(shí)的優(yōu)質(zhì)視覺(jué)體驗(yàn)。GY-30實(shí)物如圖8所示。LED燈亮度調(diào)節(jié)的具體工作流程如圖4所示。

圖4 LED燈亮度調(diào)節(jié)流程

2.6 桌面顯示系統(tǒng)

桌面顯示系統(tǒng)將輸入模塊采集的信息經(jīng)單片機(jī)處理后完成人機(jī)交互的作用。OLED顯示屏無(wú)需背光、顯示單元能自發(fā)光，可視角度大于160°，低功耗，價(jià)格親民，OLED顯示屏應(yīng)用于多種場(chǎng)合，開(kāi)發(fā)者也首選OLED作為顯示裝置。選用0.96吋顯示屏分別顯示智能書(shū)桌當(dāng)前狀態(tài)、溫濕度值、傾角數(shù)據(jù)、光照強(qiáng)度。由于顯示屏尺寸較小，顯示數(shù)據(jù)較多，綜合考慮采用多屏顯示。桌面顯示系統(tǒng)如圖5所示。顯示流程如圖6所示。

圖5 桌面顯示系統(tǒng)

圖6 顯示流程圖

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在一個(gè)成熟的智能系統(tǒng)中，硬件好比是軀體，軟件好比靈魂。在進(jìn)行微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)外，更多的工作是如何根據(jù)每個(gè)具體對(duì)象的實(shí)際需要來(lái)設(shè)計(jì)應(yīng)用程序。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)由硬件和軟件共同完成任務(wù)，只有將兩者緊密結(jié)合，才能形成高性能的應(yīng)用系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須相互適應(yīng)，相互配合，才能達(dá)到最高的應(yīng)用效果。

本設(shè)計(jì)基于已有的OneNET開(kāi)發(fā)平臺(tái)demo代碼進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。通過(guò)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)管理應(yīng)用任務(wù)，實(shí)現(xiàn)智能書(shū)桌高度控制、環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)、自適應(yīng)光照、數(shù)據(jù)上傳、傾角檢測(cè)、狀態(tài)顯示等功能。在系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)初期，首先需要分析各模塊所實(shí)現(xiàn)的功能，對(duì)閾值的處理有些需要實(shí)際測(cè)試才比較準(zhǔn)確，例如光照傳感器返回的光強(qiáng)度信息，在控制燈光照明亮度的處理中，經(jīng)實(shí)際測(cè)試，當(dāng)光強(qiáng)度低于50Lx時(shí)開(kāi)啟燈光效果最佳。任務(wù)管理程序流程如圖7所示。

圖7 任務(wù)管理程序流程圖

3 系統(tǒng)調(diào)試

本設(shè)計(jì)采用STM32作為主控芯片，遂使用Keil軟件。Keil軟件是專(zhuān)為單片機(jī)開(kāi)發(fā)而做的C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。在國(guó)內(nèi)，這款軟件被大多數(shù)學(xué)習(xí)者、開(kāi)發(fā)者所青睞，它集成了豐富的庫(kù)函數(shù)和強(qiáng)大的集成工具，通過(guò)在線(xiàn)調(diào)試工具可以更加快速、便捷的梳理程序。中移物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)于2015年成立，至今已經(jīng)積累了不少成功案例，平臺(tái)的開(kāi)發(fā)也趨于完善，中移OneNET開(kāi)發(fā)平臺(tái)在設(shè)計(jì)初期就針對(duì)性的對(duì)接入模式做了優(yōu)化，以更快速更簡(jiǎn)潔的方式接入平臺(tái)?；谥袊?guó)移動(dòng)公司對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)卡的設(shè)計(jì)和銷(xiāo)售，此平臺(tái)在業(yè)內(nèi)也很受歡迎。整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)放平臺(tái)通過(guò)設(shè)備—云—用戶(hù)的連接模式進(jìn)行開(kāi)發(fā)，通過(guò)對(duì)單一設(shè)備或多個(gè)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)連接，在云平臺(tái)管理數(shù)據(jù)，通過(guò)個(gè)人PC、手機(jī)等終端獲取設(shè)備信息，整個(gè)架構(gòu)簡(jiǎn)潔、輕快，更為開(kāi)發(fā)人員提供了很多模塊化的接口，方便后期開(kāi)發(fā)和維護(hù)。物聯(lián)系統(tǒng)示意圖如圖8所示。

圖8 物聯(lián)系統(tǒng)

通過(guò)對(duì)網(wǎng)關(guān)的配置，使智能書(shū)桌系統(tǒng)通過(guò)WIFI模塊連接中國(guó)移動(dòng)OneNET物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控和大數(shù)據(jù)分析。首次注冊(cè)后，云平臺(tái)會(huì)給用戶(hù)分配一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的API_KEY，下線(xiàn)設(shè)備只有正確匹配此API_KEY，才能夠?qū)?shù)據(jù)正確上傳到指定的賬號(hào)。如圖9為成功接入中國(guó)移動(dòng)OneNET物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

圖9 接入中國(guó)移動(dòng)OneNET物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)

上傳至云平臺(tái)的數(shù)據(jù)有溫濕度數(shù)據(jù)、傾斜角數(shù)據(jù)、光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)、設(shè)備指示燈數(shù)據(jù)。在云平臺(tái)智能書(shū)桌設(shè)備下創(chuàng)建獨(dú)立應(yīng)用，將上傳的數(shù)據(jù)流與每一個(gè)應(yīng)用鏈接，即可顯示在線(xiàn)設(shè)備的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。智能書(shū)桌空氣質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)、桌面傾斜角檢測(cè)數(shù)據(jù)均采用儀表盤(pán)和折線(xiàn)圖表示，由儀表盤(pán)數(shù)據(jù)可以清晰的看出數(shù)據(jù)當(dāng)前的范圍，通過(guò)折線(xiàn)圖數(shù)據(jù)可以分析一段時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)的變化情況，而且也可以從側(cè)面反映出信息的處理情況，如圖10、圖11所示。

通過(guò)圖11可看出桌面傾斜角數(shù)據(jù)在18：45之前基本變化保持在1度以?xún)?nèi)，具體書(shū)桌桌面角度則保持靜止?fàn)顟B(tài)。在18：45之后手動(dòng)調(diào)整了桌面角度，先將桌面前部抬高，后將桌面后部抬高。由圖分析可看出45分之后桌面與X軸角度一直保持不變，而桌面與Y軸的數(shù)據(jù)迅速改變，由0度變化為-10度，又由-10度變化為6度，與實(shí)際變化相符，說(shuō)明數(shù)據(jù)的處理和上傳均正常。

圖10 智能書(shū)桌空氣溫濕度數(shù)

圖11 智能書(shū)桌傾斜角數(shù)據(jù)

光照數(shù)據(jù)在處理過(guò)程中發(fā)現(xiàn)波動(dòng)變化較大，對(duì)于LED燈亮度的變化采用PWM波來(lái)控制，波動(dòng)較大的光照數(shù)據(jù)，控制臺(tái)燈亮度的結(jié)果就是忽高忽低，在一個(gè)系統(tǒng)中，最重要的條件就是穩(wěn)定，通過(guò)反復(fù)測(cè)試，最終采樣200個(gè)數(shù)據(jù)求平均值做為一組數(shù)據(jù)的采樣結(jié)果，再進(jìn)行后期的數(shù)據(jù)處理，這樣做數(shù)據(jù)波動(dòng)明顯減小，亮度控制也更為合理。智能書(shū)桌光照數(shù)據(jù)如圖12所示。

圖12 智能書(shū)桌光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)

由于云平臺(tái)上傳機(jī)制的限制，數(shù)據(jù)刷新頻率最短時(shí)長(zhǎng)為3s，通過(guò)查詢(xún)后臺(tái)記錄可以看到上傳至今的所有歷史數(shù)據(jù)，以光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)為例，數(shù)據(jù)以折線(xiàn)圖顯示。由圖12可看出，在5點(diǎn)48分時(shí)刻，當(dāng)前室內(nèi)光照強(qiáng)度保持在257上下。折線(xiàn)圖趨于平緩，沒(méi)有數(shù)據(jù)異常點(diǎn)，表明數(shù)據(jù)濾波情況正常，數(shù)據(jù)上傳正常。光強(qiáng)值歷史數(shù)據(jù)如圖13所示。

圖13 光強(qiáng)值歷史數(shù)據(jù)

4 結(jié)語(yǔ)

該設(shè)計(jì)融合傳感器技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，巧妙地設(shè)計(jì)出一款可適用于家庭、辦公室、學(xué)生宿舍等多場(chǎng)合使用的多功能智能書(shū)桌。整個(gè)設(shè)計(jì)由STM32F103系列開(kāi)發(fā)板控制。通過(guò)外置傳感器采集信號(hào)，將所采集到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再通過(guò)單片機(jī)處理，控制相應(yīng)的模塊做出響應(yīng)并輸出到顯示設(shè)備。

本設(shè)計(jì)秉承綠色健康、操作簡(jiǎn)單、多功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理念，以監(jiān)測(cè)提醒使用者個(gè)人的健康為目的，通過(guò)光照強(qiáng)度、空氣溫濕度模塊來(lái)時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)書(shū)桌環(huán)境。此外，本設(shè)計(jì)添加了步進(jìn)電機(jī)、傾角傳感器等，更高效為使用者提供了舒適的工作環(huán)境。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為下一個(gè)推動(dòng)世界高速發(fā)展的“重要生產(chǎn)力”，應(yīng)用到此設(shè)計(jì)中，既體現(xiàn)了設(shè)計(jì)的先進(jìn)性，又拉近了科技與人們生活的距離。通過(guò)多次對(duì)系統(tǒng)的綜合調(diào)試及運(yùn)行，完成了書(shū)桌高度調(diào)節(jié)、溫濕度監(jiān)測(cè)、照明控制、桌面傾角檢測(cè)、云平臺(tái)數(shù)據(jù)上傳等功能，系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。