CN107581820A - 一种基于单片机的智能座椅控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明主要涉及生活领域，涉及一种基于单片机的智能座椅控制系统，在座椅的座位上放置四组压力传感器，通过四组压力传感器检测的压力值判断座位上的人是否坐正，在座椅的靠背上放置一个超声波传感器，通过超声波传感器测距原理来判断座位上的人是否坐直，若没有坐正或没有坐直时，进行语音提醒。智能座椅控制系统的第一压力检测模块、第二压力检测模块、第三压力检测模块、第四压力检测模块、坐姿检测模块的输出端连接着主控制器的输入端，电源模块、时钟模块、按键模块的输出端连接着主控制器的输入端，主控制器的输出端连接着显示模块的输入端，主控制器的输出端连接着语音提醒模块的输入端，智能终端通过无线通信模块连接着主控制器。

Description

一种基于单片机的智能座椅控制系统

技术领域

本发明主要涉及生活领域，更具体地说，涉及一种基于单片机的智能座椅控制系统。

背景技术

现代的人们越来越注重对孩子的教育，除了对孩子进行知识、道德的教育之外，家长也很注重对孩子的身体健康成长的培养，现在市面上的一些座椅仅有基本的支撑功能，而一些智能座椅都是针对汽车或者按摩专用的，因此，针对学生，提供一种智能座椅，帮助家长监督孩子的坐姿，有助于孩子的健康成长。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种基于单片机的智能座椅控制系统，在座椅的座位上放置四组压力传感器，通过四组压力传感器检测的压力值判断座位上的人是否坐正，在座椅的靠背上放置一个超声波传感器，通过超声波传感器测距原理来判断座位上的人是否坐直，若没有坐正或没有坐直时，进行语音提醒。

为解决上述技术问题，本发明一种基于单片机的智能座椅控制系统，包括主控制器、第一压力检测模块、第二压力检测模块、第三压力检测模块、第四压力检测模块、坐姿检测模块、电源模块、时钟模块、按键模块、语音提醒模块、显示模块、无线通信模块、智能终端，在座椅的座位上放置四组压力传感器，通过四组压力传感器检测的压力值判断座位上的人是否坐正，在座椅的靠背上放置一个超声波传感器，通过超声波传感器测距原理来判断座位上的人是否坐直，若没有坐正或没有坐直时，进行语音提醒。

其中，第一压力检测模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述第二压力检测模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述第三压力检测模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述第四压力检测模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述坐姿检测模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述电源模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述时钟模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述按键模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述主控制器的输出端连接着显示模块的输入端；所述主控制器的输出端连接着语音提醒模块的输入端；所述智能终端通过无线通信模块连接着主控制器。

作为本发明的进一步优化，本发明一种基于单片机的智能座椅控制系统，所述主控制器采用单片机。

作为本发明的进一步优化，本发明一种基于单片机的智能座椅控制系统，所述第一压力检测模块、第二压力检测模块、第三压力检测模块和第四压力检测模块均采用CSY-3000型传感器。

作为本发明的进一步优化，本发明一种基于单片机的智能座椅控制系统，所述时钟模块采用DS1302时钟芯片。

作为本发明的进一步优化，本发明一种基于单片机的智能座椅控制系统，所述语音提醒模块采用WT588D语音模块。

作为本发明的进一步优化，本发明一种基于单片机的智能座椅控制系统，所述坐姿检测模块采用US-100超声波传感器。

有益效果：本发明一种基于单片机的智能座椅控制系统，在座椅的座位上放置四组压力传感器，通过四组压力传感器检测的压力值判断座位上的人是否坐正，在座椅的靠背上放置一个超声波传感器，通过超声波传感器测距原理来判断座位上的人是否坐直，若没有坐正或没有坐直时，进行语音提醒。

附图说明

下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细的说明。

图1为本发明一种基于单片机的智能座椅控制系统的硬件结构图。

图2为本发明一种基于单片机的智能座椅控制系统的主控制器的电路图。

图3为本发明一种基于单片机的智能座椅控制系统的第一压力检测模块的电路图。

图4为本发明一种基于单片机的智能座椅控制系统的第二压力检测模块的电路图。

图5为本发明一种基于单片机的智能座椅控制系统的第三压力检测模块的电路图。

图6为本发明一种基于单片机的智能座椅控制系统的第四压力检测模块的电路图。

图7为本发明一种基于单片机的智能座椅控制系统的坐姿检测模块的电路图。

图8为本发明一种基于单片机的智能座椅控制系统的语音提醒模块的电路图。

图9为本发明一种基于单片机的智能座椅控制系统的显示模块的电路图。

图10为本发明一种基于单片机的智能座椅控制系统的时钟模块的电路图。

图11为本发明一种基于单片机的智能座椅控制系统的无线通信模块的电路图。

图12为本发明一种基于单片机的智能座椅控制系统的按键模块的电路图。

图13为本发明一种基于单片机的智能座椅控制系统的5V电源模块的电路图。

图14为本发明一种基于单片机的智能座椅控制系统的3.3V和2.5V电源模块的电路图。

具体实施方式

具体实施方式一：

结合图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14说明本实施方式，本实施方式所述一种基于单片机的智能座椅控制系统，包括主控制器、第一压力检测模块、第二压力检测模块、第三压力检测模块、第四压力检测模块、坐姿检测模块、电源模块、时钟模块、按键模块、语音提醒模块、显示模块、无线通信模块、智能终端，在座椅的座位上放置四组压力传感器，通过四组压力传感器检测的压力值判断座位上的人是否坐正，在座椅的靠背上放置一个超声波传感器，通过超声波传感器测距原理来判断座位上的人是否坐直，若没有坐正或没有坐直时，进行语音提醒。

其中，第一压力检测模块的输出端连接着主控制器的输入端，第一压力检测模块采用CSY-3000型传感器，CSY-3000型传感器采集座椅上的压力信号，将压力信号的变化转换为电阻变化，CSY-3000型传感器将电阻变化转换为模拟电压信号，并将模拟电压信号传送给放大电路的A1的反相输入端和A2的同相输入端，进行信号放大，放大电路采用三个OP07和电阻组成的差动放大电路，放大电路将通过A1的反相输入端和A2的同相输入端接收到的模拟电压信号进行放大处理，通过调节R7的大小从而调整差动放大电路的放大倍数，并将放大后的电压信号由A3的VOUT输出端传送给AD转换电路的AIN0端，AD转换电路用于将模拟电压信号转换为数字电压信号，AD转换电路采用TLC2543转换芯片，AD转换电路的EOC1、CLK1、DIN1、DOUT1、CS1端分别连接至主控制器的PK0、PK1、PK2、PK3、PK4引脚，AD转换电路用于将模拟信号转换为数字信号，并传送给主控制器进行处理，主控制器将得到的数字信号进行处理后传送给显示模块进行显示压力数据信息。

所述第二压力检测模块的输出端连接着主控制器的输入端，第二压力检测模块采用CSY-3000型传感器，CSY-3000型传感器采集座椅上的压力信号，将压力信号的变化转换为电阻变化，CSY-3000型传感器将电阻变化转换为模拟电压信号，并将模拟电压信号传送给放大电路的A1的反相输入端和A2的同相输入端，进行信号放大，放大电路采用三个OP07和电阻组成的差动放大电路，放大电路将通过A1的反相输入端和A2的同相输入端接收到的模拟电压信号进行放大处理，通过调节R23的大小从而调整差动放大电路的放大倍数，并将放大后的电压信号由A3的VOUT输出端传送给AD转换电路的AIN0端，AD转换电路用于将模拟电压信号转换为数字电压信号，AD转换电路采用TLC2543转换芯片，AD转换电路的EOC2、CLK2、DIN2、DOUT2、CS2端分别连接至主控制器的PH1、PH2、PH3、PH4、PH5引脚，AD转换电路用于将模拟信号转换为数字信号，并传送给主控制器进行处理，主控制器将得到的数字信号进行处理后传送给显示模块进行显示压力数据信息。

所述第三压力检测模块的输出端连接着主控制器的输入端，第三压力检测模块采用CSY-3000型传感器，CSY-3000型传感器采集座椅上的压力信号，将压力信号的变化转换为电阻变化，CSY-3000型传感器将电阻变化转换为模拟电压信号，并将模拟电压信号传送给放大电路的A1的反相输入端和A2的同相输入端，进行信号放大，放大电路采用三个OP07和电阻组成的差动放大电路，放大电路将通过A1的反相输入端和A2的同相输入端接收到的模拟电压信号进行放大处理，通过调节R34的大小从而调整差动放大电路的放大倍数，并将放大后的电压信号由A3的VOUT输出端传送给AD转换电路的AIN0端，AD转换电路用于将模拟电压信号转换为数字电压信号，AD转换电路采用TLC2543转换芯片，AD转换电路的EOC3、CLK3、DIN3、DOUT3、CS3端分别连接至主控制器的PB0、PB1、PB2、PB3、PB4引脚，AD转换电路用于将模拟信号转换为数字信号，并传送给主控制器进行处理，主控制器将得到的数字信号进行处理后传送给显示模块进行显示压力数据信息。

所述第四压力检测模块的输出端连接着主控制器的输入端，第四压力检测模块采用CSY-3000型传感器，CSY-3000型传感器采集座椅上的压力信号，将压力信号的变化转换为电阻变化，CSY-3000型传感器将电阻变化转换为模拟电压信号，并将模拟电压信号传送给放大电路的A1的反相输入端和A2的同相输入端，进行信号放大，放大电路采用三个OP07和电阻组成的差动放大电路，放大电路将通过A1的反相输入端和A2的同相输入端接收到的模拟电压信号进行放大处理，通过调节R18的大小从而调整差动放大电路的放大倍数，并将放大后的电压信号由A3的VOUT输出端传送给AD转换电路的AIN0端，AD转换电路用于将模拟电压信号转换为数字电压信号，AD转换电路采用TLC2543转换芯片，AD转换电路的EOC4、CLK4、DIN4、DOUT4、CS4端分别连接至主控制器的PL1、PL2、PL3、PL4、PL5引脚，AD转换电路用于将模拟信号转换为数字信号，并传送给主控制器进行处理，主控制器将得到的数字信号进行处理后传送给显示模块进行显示压力数据信息。

所述坐姿检测模块的输出端连接着主控制器的输入端，坐姿检测模块采用US-100超声波传感器，坐姿检测模块的TRIG端、ECH0端分别与主控制器的PD4、PD5引脚相连接，坐姿检测模块安装在座椅靠背处，向正前方发射超声波信号，当座椅上的人处于坐直状态时，坐姿检测模块接收到回波信号，并传送给主控制器，主控制器对其进行分析处理后获得距离值，此值为比对值，当座椅上的人弯腰，没有坐直时，主控制器得到的距离值与对比值不一致时，主控制器驱动语音提醒模块发声，对座椅上的人进行语音提醒。

所述电源模块的输出端连接着主控制器的输入端，电源模块用于给系统供电，保证系统正常工作，电源模块采用220V交流电源供电，当有交流电接入后，首先降压为12V，然后进入电桥电路中进行整流，将交流电整流为直流电，直流电通过电容滤波后进入稳压器7812，生成+12V直流电，再经过电容滤波后进入稳压器7812，生成+5V直流电，在电路中增加了一块12V蓄电池，在有220交流电输入时，被充电或者不工作，然后5V电压再通过LM1117-3.3和LM1117-2.5进行稳压处理后，得到3.3V和2.5V电压，电源模块提供5V、12V、3.3V、2.5V的电压，通过VCC端口给系统供电。

所述时钟模块的输出端连接着主控制器的输入端，时钟模块采用DS1302时钟芯片，时钟模块用于产生时钟信号给系统提供实时时间，通过显示模块进行显示，时钟模块的SCLK引脚与主控制器的PC7引脚相连接；时钟模块的RST_D引脚与主控制器的PC6引脚相连接，RST引脚为输入信号，在读、写数据期间，必须为高；时钟模块的I/O引脚与主控制器的PC5引脚相连接。

所述按键模块的输出端连接着主控制器的输入端，按键模块采用4×4矩阵按键，用于设定时间，按键模块的SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6、SW7、SW8端与主控制器的PA0、PA1、PA2、PA3、PA4、PA5、PA6、PA7引脚相连接；PA0、PA1、PA2、PA3构成按键的行线，PA、PA5、PA6、PA7构成按键的列线；行线作为按键的控制输出端，按键的列线作为按键的输入端；在没有按键按下的情况下，PA4、PA5、PA6、PA7四个管脚的电平为高电平，如果有按键按下时，则相应的列线管脚为低电平，这时通过设置PA0、PA1、PA2、PA3为低电平触发中断方式，低电平就触发中断而进入中断服务程序，从而获得输入数据。

所述主控制器的输出端连接着显示模块的输入端，显示模块采用LCD12864液晶屏，用于显示设定时间及空气净化器的工作时间信息；显示模块的DB0、DB1、DB2、DB3、DB4、DB5、DB6、DB7端与主控制器的PF0、PF1、PF2、PF3、PF4、PF5、PF6、PF7引脚相连接，用来显示数据；显示模块的RS_LCD端与主控制器的PC0引脚相连接，用来控制数据命令；显示模块的R/W_LCD端与主控制器的PC1引脚相连接，用来控制读写操作；显示模块的使能端E_LCD与主控制器的PC2引脚相连接；主控制器的PC0、PC1、PC2引脚用于控制显示模块中的数码管的选通状态。

所述主控制器的输出端连接着语音提醒模块的输入端，语音提醒模块采用WT588D语音模块，语音提醒模块与主控制器采用三线串口控制模式，和标准的4线SPI不同，语音提醒模块只接收主控制器发来的数据、指令和时钟信号，而不需要发送数据。在三线串口模式下，主控制器的PD2引脚与语音提醒模块的RST端相连接，为复位端；主控制器的PD1引脚与语音提醒模块的YCLK端相连接，为时钟信号端；主控制器的PL7引脚与语音提醒模块的YDATA端相连接，为数据接口端；主控制器的PD0引脚与语音提醒模块的YCS端相连接，为片选信号端；选用3.3V供电。

所述智能终端通过无线通信模块连接着主控制器，无线通信模块采用，MC55模块，智能终端采用智能手机或平板电脑，MC55模块除了具有CSM模块原有的功能外还支持分组业务功能，内嵌了TCP/IP协议，可以直接与Internet互通；它的数据输入、输出接口实际上是一个串行异步收发器，符合RS232接口标准，且有固定的参数，8位数据位和1位停止位，无校验位，它与主控制器协同工作，共同完成数据的远程传输；智能手机通过无线通信模块接收主控制器传送的数据信息，主控制器的PC3引脚与无线通信模块的IGT端相连接，用于启动MC55模块；主控制器的PE0、PE1引脚分别与无线通信模块的RXD0、TXD0端相连接，进行数据的输入输出；主控制器的PC4引脚与无线通信模块的RINGO端相连接，作为数据传输的中断信号。

具体实施方式二：

结合图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14说明本实施方式，所述主控制器采用ATmega1280单片机。所述ATmega1280单片机是高性能、低功耗的AVR 8位微处理器，具有先进的RISC结构；具有高耐久度非易失性的程序和数据存储器；具有JTAG接口；两个具有独立的频分器和比较器功能的8位定时器/计数器；四个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器/计数器；具有四路8位PWM频道；具有12路分辨率可编程2到16位的PWM频道；输出比较调制器；具有6路10位ADC；面向字节的2-wire串口；具有四个可编程的串行USART；具有可工作于主机/从机模式的SPI串行接口；具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器；具有片内模拟比较器；引脚电平变化可引发中断及唤醒单片机。

具体实施方式三：

结合图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14说明本实施方式，所述第一压力检测模块、第二压力检测模块、第三压力检测模块和第四压力检测模块均采用CSY-3000型传感器。所述CSY-3000型传感器为电阻应变式传感器，具有精度高，测量范围广，寿命长，结构简单，频响特性好，能在恶劣条件下工作，易于实现小型化、整体化和品种多样化等优点。CSY-3000型传感器是用来将重量信号或压力信号转换成电量信号的转换装置。CSY-3000型传感器采用金属电阻应变片组成全桥测量电路，将应力方向相同的两应变片接入电桥对边，相反的应变片接入电桥邻边，当应变片初始值：R13＝R14＝R15＝R16，其变化值△R13＝△R14＝△R15＝△R16时，其桥路输出电压U_O≈(△R/R)*E＝KεE，其中Kε为应变片的灵敏度系数。

具体实施方式四：

结合图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14说明本实施方式，所述时钟模块采用DS1302时钟芯片。所述DS1302时钟芯片具有一种高性能、低功耗、带RAM的时钟模块，它可以对年、月、日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能。主要特点是采用串行数据传输，可以为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能。采用普通32.768Hz晶振。

具体实施方式五：

结合图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14说明本实施方式，所述语音提醒模块采用WT588D语音模块。所述WT588D是一款具有单片机内核的语音芯片，WT588D音质较好，控制灵活的特点，更增加了可播放MIDI和弦功能，性能更好。

具体实施方式六：

结合图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14说明本实施方式，所述坐姿检测模块采用US-100超声波传感器。坐姿检测模块的TRIG端、ECH0端分别与主控制器的PD4、PD5引脚相连接，坐姿检测模块安装在座椅靠背处，向正前方发射超声波信号，当座椅上的人处于坐直状态时，坐姿检测模块接收到回波信号，并传送给主控制器，主控制器对其进行分析处理后获得距离值，此值为比对值，当座椅上的人弯腰，没有坐直时，主控制器得到的距离值与对比值不一致时，主控制器驱动语音提醒模块发声，对座椅上的人进行语音提醒。

本发明一种智能座椅控制系统及方法的工作原理为：本发明一种基于单片机的智能座椅控制系统，电源模块为系统提供12V、5V、3.3V、2.5V电压，保证系统的正常工作。通过按键开启系统，在座椅的坐上放置四组压力检测模块，分别为第一压力检测模块、第二压力检测模块、第三压力检测模块、第四压力检测模块，用于检测座位上的压力值，座位上的人正确坐姿左下的时候，四组压力检测模块检测到四组数值存储在主控制器中，座位对比值，当座位上的人坐姿不正确时，在座位上的压力检测模块会检测出不同的压力值，传送给主控制器，主控制器通过对比判断出坐姿不正确，从而驱动语音提醒模块发出“请保持正确坐姿”的语音提示；在座椅的靠背上安装坐姿检测模块，利用超声波测距的原理，判断座位上的人是否坐直，当人身体坐直时，超声波传感器发射超声波信号，超声波信号遇到人身体后反射回来，超声波传感器接收到回波信号传送给主控制器，主控制器对其进行分析处理后得到距离值，作为对比值，当人身体弯曲时，改变距离值，从而主控制器驱动语音提醒模块发出“请保持正确坐姿”的语音提示，同时将异常信号通过无线通信模块发送给智能终端，智能终端接收报警信号后，可以对座椅上的人的坐姿进行监督；时钟模块用于提供实时时钟信号，由显示模块进行显示，还可以通过按键模块实现定时功能，避免长时间的坐导致身体的不适，当超过设定时间座椅上还能检测到压力信号，则驱动语音提醒模块发出“注意活动”的语音提醒。

虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (6)

1.一种基于单片机的智能座椅控制系统，其特征在于，所述智能座椅控制系统及方法包括主控制器、第一压力检测模块、第二压力检测模块、第三压力检测模块、第四压力检测模块、坐姿检测模块、电源模块、时钟模块、按键模块、语音提醒模块、显示模块、无线通信模块、智能终端，所述第一压力检测模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述第二压力检测模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述第三压力检测模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述第四压力检测模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述坐姿检测模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述电源模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述时钟模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述按键模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述主控制器的输出端连接着显示模块的输入端；所述主控制器的输出端连接着语音提醒模块的输入端；所述智能终端通过无线通信模块连接着主控制器。

2.根据权利要求1所述的一种基于单片机的智能座椅控制系统，其特征在于：所述主控制器采用ATmega1280单片机。

3.根据权利要求1所述的一种基于单片机的智能座椅控制系统，其特征在于：所述第一压力检测模块、第二压力检测模块、第三压力检测模块和第四压力检测模块均采用CSY-3000型传感器。

4.根据权利要求1所述的一种基于单片机的智能座椅控制系统，其特征在于：所述时钟模块采用DS1302时钟芯片。

5.根据权利要求1所述的一种基于单片机的智能座椅控制系统，其特征在于：所述语音提醒模块采用WT588D语音模块。

6.根据权利要求1所述的一种基于单片机的智能座椅控制系统，其特征在于：所述坐姿检测模块采用US-100超声波传感器。