一种智能型学习装置论文和设计-朴志元

全文摘要

本实用新型属于智能家居技术领域，涉及一种智能型学习装置，包括学习桌、座椅、台灯、座椅靠背、第一超声波传感器、第二超声波传感器、光敏传感器、语音模块、座椅控制箱、主控制器、第一蓝牙控制模块、第一电池、台灯控制箱、副控制器、第二蓝牙控制模块、第二电池、电磁继电器、振动盘、直线电机、显示屏、下凹槽、上凹槽和压力传感器；通过自动检测学生学习姿势不正确并提示端正坐姿，设置学习时间计时和提醒休息功能，避免学生因学习时间过长影响身体健康，自动感应环境光线强弱并实现台灯自动开关或调整灯光强弱，预防近视和腰部疾病，节约能源，整体结构设计合理，使用操作简单，原理科学可靠，调节操作灵便，安全可靠，普及通用性强，应用环境友好。

主设计要求

1.一种智能型学习装置，其特征在于主体结构包括学习桌、座椅、台灯、座椅靠背、第一超声波传感器、第二超声波传感器、光敏传感器、语音模块、座椅控制箱、主控制器、第一蓝牙控制模块、第一电池、台灯控制箱、副控制器、第二蓝牙控制模块、第二电池、电磁继电器、振动盘、直线电机、显示屏、上凹槽、下凹槽和压力传感器；带有框架结构的座椅靠背的座椅与学习桌的高度相匹配，台灯可调式固定放置在学习桌的顶侧面上；座椅靠背的前侧面部位开有两个位于同一竖直线上的上凹槽和下凹槽，上凹槽和下凹槽之间的距离为80～300mm之间，分别对应人体后背两个不同高度位置；上凹槽和下凹槽内分别固定安装有第一超声波传感器和第二超声波传感器，第一超声波传感器和第二超声波传感器均为超声波测距传感器，计算出第一超声波传感器和第二超声波传感器各自与人体后背的距离；第一超声波传感器和第二超声波传感器分别与安装在座椅控制箱内主控制器之间电信息连接，主控制器接收第一超声波传感器和第二超声波传感器传递的距离信息并进行处理；压力传感器嵌入式安装在座椅的底座上，压力传感器与主控制器之间电信息连接，主控制器控制光敏传感器工作；光敏传感器和语音模块分别固定安装在座椅靠背的顶面开设的两个并排设置的凹腔内，光敏传感器和语音模块分别与主控制器之间电信息连接；光敏传感器的电阻值随光线变弱而增大并将光线亮度信号转换成电阻值信号，再传递给主控制器；语音模块内嵌式设置有语音播报程序,语音模块与主控制器之间电信息连接；座椅控制箱固定安装在座椅的底面，座椅控制箱内固定安装有主控制器、第一蓝牙控制模块和第一电池，第一蓝牙控制模块和主控制器之间电信息连接，主控制器由第一电池供电，构成电信息一体式控制结构；台灯控制箱固定安装在台灯的底座内，台灯控制箱内分别固定安装有副控制器、第二蓝牙控制模块和电磁继电器，副控制器分别与第二蓝牙控制模块和电磁继电器之间电信息连接，副控制器由第二电池供电，电磁继电器与台灯的开关之间电信息连接；主控制器和副控制器之间分别通过第一蓝牙控制模块和第二蓝牙控制模块实现无线电信息连接,主控制器内设定有语音提示功能和对应的程序,并控制第一超声波传感器和第二超声波传感器检测距离差值的允许差值范围为30～150mm；副控制器根据设定值30千欧控制电磁继电器打开和关闭台灯的开关。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种智能型学习装置，其特征在于所述的座椅的表面上中心处制有弹性结构的内嵌式振动盘，振动盘与安装在座椅底部的直线电机轴相连接，并分别与主控制器电信息连通，实现控制；所述的振动盘为橡胶材料制成的直径为20～50mm、厚度为5～15mm的圆盘结构。

3.根据权利要求1或2所述的一种智能型学习装置，其特征在于所述的学习桌上设置显示屏，显示屏与主控制器之间电信息连接。

设计说明书

技术领域：

本实用新型属于智能家居技术领域，涉及一种智能型学习装置，特别是一种自动检测学生坐姿并能发出提醒端正坐姿或注意休息的语音提示音的学习装备，且可以实现台灯自动开关的功能。

背景技术：

随着社会及文化知识的不断发展，学生需要学习和掌握的知识也越来越多，学习任务和学习压力大大增加，而长时间的学习也带来了一系列的影响学生身体健康的问题。例如学生看书会沉浸其中而忘记了时间，长时间地伏案学习导致越来越多的学生视力严重下降，而且近视的度数也不断加大；长时间学习，缺乏运动，导致学生身体机能下降；在学习过程中，有的学生坐姿不正确导致视力下降或脊柱弯曲变形，严重影响到学生们的身体健康，有的学生自控能力差，家长又不能时时陪伴提醒；而现有的学习装备，灯光的强度不可调，也严重影响学生的视力；因此，寻求设计一种智能型学习装置，自动检测学生坐姿是否正确，具有提醒学生端正坐姿的功能，并根据光线强弱实现台灯自动开关，当学习时间过长达到设定值时，装备自动提醒休息。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，提出设计一种智能型学习装置，以检测学生学习姿势不正确并提示学生及时端正坐姿，预防因学习姿势不正确造成视力下降和脊柱弯曲等问题，根据光线强弱实现台灯自动开关，设计休息提醒功能避免学生因学习时间长影响身体健康。

为了实现上述发明目的，本实用新型装置的主体结构包括：学习桌、座椅、台灯、座椅靠背、第一超声波传感器、第二超声波传感器、光敏传感器、语音模块、座椅控制箱、主控制器、第一蓝牙控制模块、第一电池、台灯控制箱、副控制器、第二蓝牙控制模块、第二电池、电磁继电器、振动盘、直线电机、显示屏、上凹槽、下凹槽和压力传感器；带有框架结构的座椅靠背的座椅与学习桌的高度相匹配，供学生伏案学习使用，台灯可调式固定放置在学习桌的顶侧面上；座椅靠背的前侧面部位开有两个位于同一竖直线上的上凹槽和下凹槽，上凹槽和下凹槽之间的距离为80～300mm之间，分别对应人体后背两个不同高度位置；上凹槽和下凹槽内分别固定安装有第一超声波传感器和第二超声波传感器，第一超声波传感器和第二超声波传感器均为超声波测距传感器，分别利用超声波振子发射高频的调制声波，经人体后背反射后，计算出第一超声波传感器和第二超声波传感器各自与人体后背的距离；第一超声波传感器和第二超声波传感器分别与安装在座椅控制箱内主控制器之间电信息连接，主控制器接收第一超声波传感器和第二超声波传感器传递的距离信息并进行处理；压力传感器嵌入式安装在座椅的底座上，用于感应压力，压力传感器与主控制器之间电信息连接，当有人坐到座椅上时，压力传感器将感应到的压力信号传递给主控制器，主控制器控制光敏传感器开始工作；光敏传感器和语音模块分别固定安装在座椅靠背的顶面开设的两个并排设置的凹腔内，光敏传感器和语音模块分别与主控制器之间电信息连接；光敏传感器用于感应周围环境光线的亮度，光敏传感器的电阻值随光线变弱而增大并将光线亮度信号转换成电阻值信号，再传递给主控制器；语音模块内嵌式设置有语音播报程序：第一条为“坐姿不正确，请您调整坐姿”，第二条为“您已经连续学习2小时，请休息一会儿”；语音模块与主控制器之间电信息连接，并根据主控制器的控制指令播报语音；座椅控制箱固定安装在座椅的底面，座椅控制箱内固定安装有主控制器、第一蓝牙控制模块和第一电池，第一蓝牙控制模块和主控制器之间电信息连接，主控制器由第一电池供电，构成电信息一体式控制结构；台灯控制箱固定安装在台灯的底座内，台灯控制箱内分别固定安装有副控制器、第二蓝牙控制模块和电磁继电器，副控制器分别与第二蓝牙控制模块和电磁继电器之间电信息连接，副控制器由第二电池供电，电磁继电器与台灯的开关之间电信息连接；主控制器和副控制器之间分别通过第一蓝牙控制模块和第二蓝牙控制模块实现无线电信息连接，光敏传感器传递给主控制器的电阻值信息通过第一蓝牙控制模块和第二蓝牙控制模块之间的无线通信传递给副控制器；主控制器内设定有语音提示功能和对应的程序：包括当有人坐到座椅上时，压力传感器将感应到的压力信号传递给主控制器，主控制器控制计时器开始计时并控制光敏传感器开始工作，人体离开座椅后，压力传感器感应不到压力信号，主控制器接收不到压力传感器传递来的信号，主控制器控制光敏传感器关闭，且将信号通过第一蓝牙控制模块和第二蓝牙控制模块传递给副控制器，副控制器控制电磁继电器关闭台灯；设置允许连续学习的最大时长值为2小时，控制语音模块发出“您已经连续学习2小时，请休息一会儿”的提示音；设置第一超声波传感器和第二超声波传感器检测距离差值的允许差值范围为30～150mm；设置当第一超声波传感器和第二超声波传感器检测值的差值超出允许范围，且超出差值允许范围的维持时间超过设定值5秒时，控制语音模块发出“坐姿不正确，请您调整坐姿”的提示音。副控制器内设置程序：当光敏传感器传递的电阻值等于或大于设定值30千欧时，副控制器控制电磁继电器打开台灯的开关，当电阻值低于设定值30千欧时，副控制器控制电磁继电器关闭台灯的开关，达到根据环境光线强弱判断开启和关闭台灯，避免不必要的资源浪费。

本实用新型在使用时，当有人坐在椅子上时，压力传感器感应到压力信号并将信号传递给主控制器，主控制器启动光敏传感器开始工作，光敏传感器实时感应周围环境光线亮度，并将电阻值随光线强弱变化的电阻值信息传递给主控制器，当光敏传感器传递的电阻值大于或等于30千欧时，通过第一蓝牙控制模块和第二蓝牙控制模块接收信息的副控制器控制电磁继电器打开台灯的开关，之后当光敏传感器实时感应周围环境光线变亮且光敏传感器传递的电阻值低于30千欧时，副控制器控制电磁继电器关闭台灯的开关；第一超声波传感器和第二超声波传感器各自检测与人体后背的距离，并将信号传递给主控制器；主控制器收到信号后，进行信号处理，计算第一超声波传感器和第二超声波传感器与人体后背距离的差值，将差值与设定的允许差值范围30～150mm进行比较判断，身体前倾时，差值会变大，当计算差值超过允许范围且差值超过范围的维持时间超过设定值5秒时，主控制器控制语音模块发出“坐姿不正确，请您调整坐姿”的提示音，当人体坐姿调整到允许范围内时，语音模块停止播放提示音，允许差值范围30～150mm有效控制了坐者与桌子之间的距离，有利于保证正确坐姿，语音提示有效防止坐者学习或工作过程太投入而忘记注意坐姿的问题，有效防止因坐姿不正确而导致近视；主控制器在压力传感器感应到人体坐下时开始计时，当久坐连续时长达到设定值2小时时，主控制器控制语音模块发出“您已经连续学习2小时，请休息一会儿”的提示音，提醒学习人员休息；还可以设置程序，当检测到久坐连续时长达到设定值2小时时，主控制器控制语音模块发出“您已经连续学习2小时，请休息一会儿”的提示音，然后，电磁继电器关闭台灯开关。当连续学习时长不到2小时时，人体离开座椅后，主控制器控制光敏传感器关闭，且控制电磁继电器关闭台灯。

本实用新型涉及的智能型学习装置不仅应用于学生群体，还应用于其他伏案学习或工作群体。

本实用新型涉及的座椅的表面上中心处制有弹性结构的内嵌式振动盘，振动盘与安装在座椅底部的直线电机轴相连接，并分别与主控制器电信息连通，实现控制，当语音提醒坐者没及时纠正坐姿时，直线电机带动振动盘上下振动，推动式提醒坐者纠正坐姿，直到第一超声波传感器和第二超声波传感器的测距差值在允许范围内时，主控制器控制振动盘停止振动；所述的振动盘为橡胶材料制成的直径为20～50mm、厚度为5～15mm的圆盘结构，避免振动时对坐者产生强烈的撞击。

所述的学习桌上设置显示屏，显示屏与主控制器之间电信息连接，当教室或周围环境不允许发出语音提示时，主控制器控制显示屏以显示式或发光式提示坐者纠正坐姿。

本实用新型与现有技术相比，通过自动检测学生学习姿势不正确并提示端正坐姿，设置学习时间计时和提醒休息功能，避免学生因学习时间过长影响身体健康；自动感应环境光线强弱并实现台灯自动开关，预防近视和腰部疾病，节约能源；其整体结构设计合理，使用操作简单，原理科学可靠，调节操作灵便，安全可靠，普及通用性强，应用环境友好。

附图说明：

图1是本实用新型的整体结构原理示意图；

图2是本实用新型的座椅控制箱的内部结构原理示意图；

图3是本实用新型的台灯控制箱的内部结构原理示意图；

图4是本实用新型的控制部件间的原理结构框图。

具体实施方式：

下面通过具体实施例并结合附图对本实用新型作进一步说明。

实施例1：

本实施例涉及的智能型学习装置，其主体结构包括：学习桌1、座椅2、台灯3、座椅靠背4、第一超声波传感器5、第二超声波传感器6、光敏传感器7、语音模块8、座椅控制箱9、主控制器10、第一蓝牙控制模块11、第一电池12、台灯控制箱13、副控制器14、第二蓝牙控制模块15、第二电池16、电磁继电器17、振动盘18、直线电机19、显示屏20、上凹槽21、下凹槽22和压力传感器23；带有框架结构的座椅靠背4的座椅2与学习桌1的高度相匹配，供学生伏案学习使用，台灯3可调式固定放置在学习桌1的顶侧面上；座椅靠背4的前侧面部位开有两个位于同一竖直线上的上凹槽21和下凹槽22，上凹槽21和下凹槽22之间的距离为80～300mm之间，分别对应人体后背两个不同高度位置；上凹槽21和下凹槽22内分别固定安装有第一超声波传感器5和第二超声波传感器6，第一超声波传感器5和第二超声波传感器6均为超声波测距传感器，分别利用超声波振子发射高频的调制声波，经人体后背反射后，计算出第一超声波传感器5和第二超声波传感器6各自与人体后背的距离；第一超声波传感器5和第二超声波传感器6分别与安装在座椅控制箱9内主控制器10之间电信息连接，主控制器10接收第一超声波传感器5和第二超声波传感器6传递的距离信息并进行处理；压力传感器23嵌入式安装在座椅2的底座上，用于感应压力，压力传感器23与主控制器10之间电信息连接，当有人坐到座椅2上时，压力传感器23将感应到的压力信号传递给主控制器10，主控制器10控制光敏传感器7开始工作；光敏传感器7和语音模块8分别固定安装在座椅靠背4的顶面开设的两个并排设置的凹腔内，光敏传感器7和语音模块8分别与主控制器10之间电信息连接；光敏传感器7用于感应周围环境光线的亮度，光敏传感器7的电阻值随光线变弱而增大并将光线亮度信号转换成电阻值信号，再传递给主控制器10；语音模块8内嵌式设置有语音播报程序：第一条为“坐姿不正确，请您调整坐姿”，第二条为“您已经连续学习2小时，请休息一会儿”；语音模块8与主控制器10之间电信息连接，并根据主控制器10的控制指令播报语音；座椅控制箱9固定安装在座椅2的底面，座椅控制箱9内固定安装有主控制器10、第一蓝牙控制模块11和第一电池12，第一蓝牙控制模块11和主控制器10之间电信息连接，主控制器10由第一电池12供电，构成电信息一体式控制结构；台灯控制箱13固定安装在台灯3的底座内，台灯控制箱13内分别固定安装有副控制器14、第二蓝牙控制模块15和电磁继电器17，副控制器14分别与第二蓝牙控制模块15和电磁继电器17之间电信息连接，副控制器14由第二电池16供电，电磁继电器17与台灯3的开关之间电信息连接；主控制器10和副控制器14之间分别通过第一蓝牙控制模块11和第二蓝牙控制模块15实现无线电信息连接，光敏传感器7传递给主控制器10的电阻值信息通过第一蓝牙控制模块11和第二蓝牙控制模块15之间的无线通信传递给副控制器14；主控制器10内设定有语音提示功能和对应的程序：包括当有人坐到座椅2上时，压力传感器23将感应到的压力信号传递给主控制器10，主控制器10控制计时器开始计时并控制光敏传感器7开始工作，人体离开座椅2后，压力传感器23感应不到压力信号，主控制器10接收不到压力传感器23传递来的信号，主控制器10控制光敏传感器7关闭，且将信号通过第一蓝牙控制模块11和第二蓝牙控制模块15传递给副控制器14，副控制器14控制电磁继电器17关闭台灯3；设置允许连续学习的最大时长值为2小时，控制语音模块8发出“您已经连续学习2小时，请休息一会儿”的提示音；设置第一超声波传感器5和第二超声波传感器6检测距离差值的允许差值范围为30～150mm；设置当第一超声波传感器5和第二超声波传感器6检测值的差值超出允许范围，且超出差值允许范围的维持时间超过设定值5秒时，控制语音模块8发出“坐姿不正确，请您调整坐姿”的提示音。副控制器14内设置程序：当光敏传感器7传递的电阻值等于或大于设定值30千欧时，副控制器14控制电磁继电器17打开台灯3的开关，当电阻值低于设定值30千欧时，副控制器14控制电磁继电器17关闭台灯3的开关，达到根据环境光线强弱判断开启和关闭台灯，避免不必要的资源浪费。

本实施例在使用时，当有人坐在椅子上时，压力传感器23感应到压力信号并将信号传递给主控制器10，主控制器10启动光敏传感器7开始工作，光敏传感器7实时感应周围环境光线亮度，并将电阻值随光线强弱变化的电阻值信息传递给主控制器10，当光敏传感器7传递的电阻值大于或等于30千欧时，通过第一蓝牙控制模块11和第二蓝牙控制模块15接收信息的副控制器14控制电磁继电器17打开台灯3的开关，之后当光敏传感器7实时感应周围环境光线变亮且光敏传感器7传递的电阻值低于30千欧时，副控制器14控制电磁继电器17关闭台灯3的开关；第一超声波传感器5和第二超声波传感器6各自检测与人体后背的距离，并将信号传递给主控制器10；主控制器10收到信号后，进行信号处理，计算第一超声波传感器5和第二超声波传感器6与人体后背距离的差值，将差值与设定的允许差值范围30～150mm进行比较判断，身体前倾时，差值会变大，当计算差值超过允许范围且差值超过范围的维持时间超过设定值5秒时，主控制器10控制语音模块8发出“坐姿不正确，请您调整坐姿”的提示音，当人体坐姿调整到允许范围内时，语音模块8停止播放提示音，允许差值范围30～150mm有效控制了坐者与桌子之间的距离，有利于保证正确坐姿，语音提示有效防止坐者学习或工作过程太投入而忘记注意坐姿的问题，有效防止因坐姿不正确而导致近视；主控制器10在压力传感器23感应到人体坐下时开始计时，当久坐连续时长达到设定值2小时时，主控制器10控制语音模块8发出“您已经连续学习2小时，请休息一会儿”的提示音，提醒学习人员休息；还可以设置程序，当检测到久坐连续时长达到设定值2小时时，主控制器10控制语音模块8发出“您已经连续学习2小时，请休息一会儿”的提示音，然后，电磁继电器17关闭台灯3开关。当连续学习时长不到2小时时，人体离开座椅2后，主控制器10控制光敏传感器7关闭，且控制电磁继电器17关闭台灯3。

本实施例涉及的智能型学习装置不仅应用于学生群体，还应用于其他伏案学习或工作群体。

本实施例涉及的座椅2的表面上中心处制有弹性结构的内嵌式振动盘18，振动盘18与安装在座椅底部的直线电机19轴相连接，并分别与主控制器10电信息连通，实现控制，当语音提醒坐者没及时纠正坐姿时，直线电机19带动振动盘18上下振动，推动式提醒坐者纠正坐姿，直到第一超声波传感器5和第二超声波传感器6的测距差值在允许范围内时，主控制器10控制振动盘18停止振动；所述的振动盘18为橡胶材料制成的直径为20～50mm、厚度为5～15mm的圆盘结构，避免振动时对坐者产生强烈的撞击。

所述的学习桌1上设置显示屏20，显示屏20与主控制器10之间电信息连接，当教室或周围环境不允许发出语音提示时，主控制器10控制显示屏20以显示式或发光式提示坐者纠正坐姿。

所述的主控制器10和副控制器14型号相同，优选STM32F103CBT6微处理器；所述的光敏传感器7优选EKPS\/EKPD，所述的电磁继电器17优选LM2C-BL小型继电器，压力传感器23优选PT124G-112T。

设计图

一种智能型学习装置论文和设计

一种智能型学习装置论文和设计-朴志元

全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

相关信息详情

猜你喜欢