基于单片机的人体功能学习桌设计

河北理工大学信息学院 摘要 系统测试5.1系统调试系统调试包含单元测试与集成测试，单元测试中各功能模块分别验证，按键模块检测引脚电平和中断触发情况，按键扫描函数的正确性在测试中受到验证。温湿度模块采用串口打印读取数据，精度通过与专业测温仪对比进行测试，异常情况处理也包含在测试内容里，超声波测距模块使用标尺设置不同距离，准确性与稳定性在测量中验证。OLED显示测试检查各界面显示效果与切换逻辑，电机控制测试对步进电机的速度，方向控制和位置精度验证，单元测试中发现DHT11存在偶发通信失败现象，增加重试机制解决；超声波测距特定角度存在盲区，调整安装位置后解决；电机初始运行不平稳，优化驱动序列后改善。集成测试阶段运行各模块，验证系统整体功能，坐姿监测功能测试表明，系统判断用户与桌面距离准确，语音提醒在距离小于预设值时触发有效。自动调光功能在不同光照环境下测试运行良好，灯光亮度随光照变化平滑调整，休息提醒功能测试显示系统计时准确，预设时间到达后桌面可降低并发出提醒。Wi-Fi通信测试验证数据上传与指令接收功能，云平台正确显示各项参数，集成测试发现电机控制和Wi-Fi通信同时运行偶发干扰问题，通过调整中断优先级，增加软件滤波解决，全面测试与优化之后，系统各项功能指标达到设计要求，稳定可靠运行。5.2实物展示如图5.1所示，图中可见人体功能学习桌的实物，测试结果说明系统各模块正常工作且性能指标满足设计要求。温湿度测量模块DHT11显示温度精度±2℃，湿度精度±5%RH，可满足日常环境监测需求，超声波测距模块在2-400cm范围内精度为±1cm，用户坐姿状态识别准确，不良坐姿检测响应时间小于0.5秒，光照感应系统对环境光变化反应灵敏，自动调光平滑过渡，PWM分辨率为0.5%，闪烁现象无可见性。0.5高度调节范围为25cm到115cm，可满足不同身高用户需求，云平台数据刷新延迟在3秒以内，Wi-Fi通信模块数据传输稳定，远程控制响应时间小于1秒，符合节能设计要求。图5.1系统实物图结论结论结论本设计成功开发了基于STM32F103单片机的智能学习桌系统，综合运用嵌入式设计、传感器应用与人机交互技术，实现了多项智能功能。系统以STM32单片机为核心，集成了HC-SR04超声波测距模块、DHT11温湿度传感器和光敏电阻等多种传感器，成功实现了桌面高度自动调节、坐姿监测与纠正、环境光照感知与灯光调控、温度检测与自动加热、使用时间监测与休息提醒等功能；采用OLED显示屏提供人机交互界面，ESP8266无线模块实现云平台数据交互；软件采用模块化设计，分为按键处理、环境监测、显示控制和系统管理四大功能模块。测试结果表明，系统各项性能指标达到设计要求：温度检测精度±2℃，距离测量精度±1cm，光照调节反应迅速且过渡平滑，休息提醒功能可靠准确，有效改善了用户学习环境，预防了不良坐姿相关健康问题。尽管本系统功能与性能已满足基本需求，未来仍有改进空间：可通过引入低功耗设计优化系统能耗；结合压力传感器阵列提升坐姿识别精度；增加用户习惯数据分析功能提供个性化健康建议；加强无线通信安全措施防止数据泄露；拓展应用场景至教室、图书馆等公共空间。总体而言，本设计将人体工程学原理与现代电子技术有机结合，不仅具有显著实用价值，也为智能家具领域提供了创新思路与方案，未来可通过引入更多智能化技术，打造更加人性化的学习环境，更好地服务用户健康与学习需求。工程学院毕业设计参考文献参考文献[1]谢福,王振省,李俊,等.基于STM32单片机的智能书桌设计与实现[J].电子产品世界,2022,29(1):82-85.[2]张云,魏彦飞,李景景,等.基于STM32的多功能书桌设计[J].软件,2023(11):56-58.[3]阮建荣,徐剑,成玉根,等.一种可调节智能书桌:CN202223612927.X[P].CN218898748U[2024-03-04].[4]李博,刘云连,魏安敏,等.一种智能儿童书桌设计[J].电脑知识与技术:学术版,2022,18(23):3.[5]秦俪之,赵智瑞,刘江鹏,等.基于HT32F52352芯片控制的智能书桌[J].2022.[6]朱伟海,陈有源.智能学生书桌.CN201810624539.2[2024-03-04].[7]王元元.一种智能家居书桌:CN202020292796.3[P].CN212307160U[2024-03-04].[8]卫静婷,陈利伟,黎斌,等.基于单片机的智能儿童书桌的设计[J].电子制作,2021,000(015):28-29.DOI:10.3969/j.issn.1006-5059.2021.15.010.[9]冯敏.基于51单片机的智能台灯系统设计[J].机电工程技术,2021.[10]雷双玉,严天华.智能书桌的设计与实现[J].新教育时代电子杂志（教师版）,2020(48).[11]尹晋.一种新型智能书桌:CN201521105731.9[P].CN205457289U[2024-03-04].[12]黄波.多功能智能书桌及桌面系统:202110066591[P][2024-03-04].[13]包天虎,袁谙淇,康锦萱,等.智能书桌垫及系统:202120640467[P][2024-03-04].[14]宋莎莎.基于多元智能理论的“人体工程学”课程教学改革的探讨[J].中国林业教育,2022,40(05):48-51.[15]范振威,张华.智能书桌,系统及数据处理方法:201911333951[P][2024-04-10].[16]DoanTM,LeMH,NguyenDD,etal.SmartDeskinHybridClassroom:ResearchandImplementaSystemtodetectInattentiveStudents[J].2022InternationalConferenceonAdvancedComputingandAnalytics(ACOMPA),2022:60-65.[17]RodriguezSD,PrangeS,MeckeL,etal.ActPad–ASmartDeskPlatformtoEnableUserInteractionwithIoTDevices[J].2021.[18]SedaniCM.SD-SYSTEM:SMARTSTUDENTDESKSYSTEM"[J].2019.[19]AveryHartmans.Thisfuturistic$4,000'smartdesk'canmanageyourentireworklife—here'swhatitcando[J].2018.[20]HaHJ,LeeKY.ImplementationandDesignofSmartReadingRoomDeskusingIoT[J].TheInstituteofInternet,BroadcastingandCommunication,2020(6).附录A附录B附录A原理图：工程学院毕业设计附录B部分源程序：#include"main.h"#include"adc.h"#include"tim.h"#include"usart.h"#include"gpio.h"/*Privateincludes*//*USERCODEBEGINIncludes*/#include"./HAL/key/key.h"#include"./HAL/OLED/OLED_NEW.H"#include"./HAL/HC-SR04/hc-sr04.h"#include"./HAL/dht11/dht11.h"#include"./HAL/AliESP8266/AliESP8266.h"#include"stdio.h"#include"string.h"/*USERCODEENDIncludes*//*Privatetypedef*//*USERCODEBEGINPTD*/voidKey_function(void); //按键函数voidMonitor_function(void); //监测函数voidDisplay_function(void); //显示函数voidManage_function(void); //处理函数/*USERCODEENDPTD*//*Privatedefine*//*USERCODEBEGINPD*/uint8_tUSART1_TX_BUF[200];#defineu1_printf(...)HAL_UART_Transmit(&huart1,USART1_TX_BUF,sprintf((char*)USART1_TX_BUF,__VA_ARGS__),0xffff)uint8_tUSART2_TX_BUF[300];#defineu2_printf(...)HAL_UART_Transmit(&huart2,USART2_TX_BUF,sprintf((char*)USART2_TX_BUF,__VA_ARGS__),0xffff)/*USERCODEENDPD*//*Privatemacro*//*USERCODEBEGINPM*//*USERCODEENDPM*//*Privatevariables*//*USERCODEBEGINPV*/uint8_tkey_num,flag_display; //按键与显示变量uint16_ttime_1ms; //计时变量1msuint8_ttime_500ms; //500ms标志位uint16_tLED_PWM; //LED灯亮度调节uint16_tdistance; //距离变量uint16_ttemp,humi; //温湿度变量uint8_tlight; //光照强度变量uint8_tmode; //模式/*阈值