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1. 項目開發(fā)背景

隨著人們生活節(jié)奏的加快，長時間久坐已成為現(xiàn)代人普遍存在的健康問題。久坐不僅會增加患心血管疾病、脊椎疾病等風險，還會導(dǎo)致肌肉僵硬、血液循環(huán)不暢等問題。因此，開發(fā)一種可以監(jiān)測久坐并及時提醒用戶的智能座椅，成為了現(xiàn)代智能家居和健康管理領(lǐng)域的重要需求。

本項目設(shè)計一款基于STM32單片機的智能坐墊座椅，通過集成多個傳感器和控制模塊，達到以下目的：

久坐監(jiān)測：通過壓力傳感器監(jiān)測座椅是否有人坐下，并在用戶久坐時發(fā)出語音提醒，幫助用戶養(yǎng)成健康的生活習慣。
溫濕度調(diào)控：通過溫濕度傳感器采集坐墊的環(huán)境數(shù)據(jù)，根據(jù)設(shè)定的溫度范圍自動調(diào)節(jié)坐墊的加熱或散熱功能，提供舒適的坐墊體驗。
手動控制功能：提供按鍵控制，允許用戶手動調(diào)整加熱、散熱和久坐時長。
藍牙無線控制：通過HC-05藍牙模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸，使用戶能夠通過手機APP實時監(jiān)控坐墊的狀態(tài)，進行遠程控制。

項目采用STM32單片機作為核心控制器，結(jié)合多種傳感器和執(zhí)行器，通過硬件和軟件的協(xié)同工作，實現(xiàn)了上述智能功能。

2. 設(shè)計實現(xiàn)的功能

本系統(tǒng)設(shè)計的核心功能如下：

2.1 久坐監(jiān)測與提醒

使用壓力傳感器檢測座椅是否有人坐下，并開啟一個計時器。如果用戶持續(xù)坐著超過預(yù)定時間（如30分鐘），系統(tǒng)通過語音模塊播報提醒：“請勞逸結(jié)合，注意起身運動”。

2.2 溫濕度調(diào)節(jié)

通過溫濕度傳感器采集坐墊的溫度和濕度，并根據(jù)設(shè)定的范圍控制坐墊的加熱和散熱功能，確保用戶在不同環(huán)境下的舒適體驗。
系統(tǒng)自動控制加熱器和散熱器的開關(guān)，保持合適的溫度和濕度。

2.3 手動控制功能

提供三路按鍵，分別用于手動控制坐墊的散熱功能、加熱功能以及久坐時長的選擇。
用戶可以根據(jù)自己的需求，調(diào)整坐墊的工作模式。

2.4 藍牙無線控制

使用HC-05藍牙模塊，用戶可以通過手機APP實現(xiàn)對坐墊狀態(tài)的遠程監(jiān)控和控制。手機APP端顯示坐墊的濕度、溫度、是否散熱、是否加熱等信息，并提供控制功能，如切換工作模式、開啟/關(guān)閉加熱散熱、設(shè)置久坐時間等。

2.5 自動按摩功能

系統(tǒng)通過電機驅(qū)動模塊控制座椅的按摩功能，模擬手動按摩的效果，幫助用戶放松身心，減緩久坐帶來的不適。

3. 項目硬件模塊組成

本項目的硬件模塊包括STM32單片機、壓力傳感器、溫濕度傳感器、語音播報模塊、繼電器模塊、按鍵控制模塊、OLED 液晶顯示屏、HC-05藍牙模塊、電機驅(qū)動控制模塊等。

3.1 STM32單片機

型號：STM32F103RCT6
作用：作為系統(tǒng)的核心控制單元，負責處理各個傳感器的數(shù)據(jù)，控制繼電器、語音模塊、藍牙模塊等外設(shè)，并實現(xiàn)久坐監(jiān)測和溫濕度控制等功能。

3.2 壓力傳感器

型號：Fsr402
作用：用于檢測座椅是否有用戶坐下，根據(jù)壓力的變化來判斷用戶的坐姿狀態(tài)。

3.3 溫濕度傳感器

型號：SHT30
作用：監(jiān)測坐墊的環(huán)境溫度和濕度數(shù)據(jù)，為溫濕度調(diào)節(jié)提供實時數(shù)據(jù)支持。

3.4 語音播報模塊

型號：DFPlayer Mini
作用：通過內(nèi)置的語音模塊，實現(xiàn)用戶久坐時的語音提醒功能，幫助用戶養(yǎng)成健康的生活習慣。

3.5 繼電器模塊

型號：2路繼電器模塊
作用：控制坐墊的加熱和散熱功能，當溫濕度傳感器的讀數(shù)超出設(shè)定范圍時，通過繼電器模塊控制加熱器和散熱器的開關(guān)。

3.6 按鍵控制模塊

類型：三路按鍵
作用：提供手動控制選項，允許用戶調(diào)整座椅的加熱/散熱、久坐時長等功能。

3.7 OLED液晶顯示屏

型號：0.96寸OLED顯示屏
作用：用于實時顯示當前的環(huán)境溫濕度、坐下計時、久坐時長等狀態(tài)信息，方便用戶查看和調(diào)整坐墊設(shè)置。

3.8 HC-05藍牙模塊

型號：HC-05
作用：實現(xiàn)與手機APP的無線連接，通過藍牙傳輸坐墊的實時數(shù)據(jù)，并接收來自手機APP的控制指令。

3.9 電機驅(qū)動控制模塊

型號：L298N電機驅(qū)動模塊
作用：控制座椅的自動按摩功能，通過驅(qū)動電機實現(xiàn)按摩座椅的動作。

4. 設(shè)計思路

本設(shè)計采用STM32單片機作為核心控制單元，通過多種傳感器采集環(huán)境數(shù)據(jù)，并通過藍牙、按鍵和語音模塊實現(xiàn)與用戶的交互。系統(tǒng)的整體設(shè)計思路如下：

傳感器采集：溫濕度傳感器和壓力傳感器實時采集環(huán)境數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸到STM32進行處理。
久坐監(jiān)測：壓力傳感器判斷是否有用戶坐下，當用戶久坐時，通過語音播報模塊提醒用戶活動。
溫濕度調(diào)節(jié)：溫濕度數(shù)據(jù)超過設(shè)定值時，自動控制繼電器開啟加熱或散熱功能，保持舒適的坐墊環(huán)境。
手動控制：提供按鍵控制功能，允許用戶手動調(diào)整坐墊的工作模式。
藍牙無線控制：通過HC-05藍牙模塊與手機APP通信，提供實時數(shù)據(jù)監(jiān)控和遠程控制功能。
電機驅(qū)動按摩：使用電機驅(qū)動模塊控制座椅的按摩功能，提供額外的舒適體驗。

5. 系統(tǒng)功能總結(jié)

功能模塊	描述
久坐監(jiān)測與提醒	通過壓力傳感器監(jiān)測是否有人坐下，超時后通過語音模塊提醒用戶活動
溫濕度調(diào)節(jié)	自動控制坐墊的加熱和散熱功能，保持舒適的環(huán)境溫濕度
手動控制	提供按鍵控制，允許用戶手動調(diào)整加熱/散熱、久坐時長等功能
藍牙無線控制	手機APP實時監(jiān)控和控制坐墊狀態(tài)，包括溫濕度、加熱/散熱、久坐時長
自動按摩功能	通過電機驅(qū)動控制座椅按摩，提供額外的舒適體驗

6. 使用的模塊技術(shù)詳情介紹

6.1 STM32單片機

STM32系列單片機具有較強的處理能力和豐富的外設(shè)接口，適合用于控制和數(shù)據(jù)處理。通過STM32，可以實現(xiàn)對多傳感器數(shù)據(jù)的實時處理和系統(tǒng)控制。

6.2 壓力傳感器

壓力傳感器可以精準地測量坐椅上的壓力變化，當用戶坐下時，壓力值會發(fā)生變化，STM32根據(jù)這些數(shù)據(jù)判斷座椅是否被占用。

6.3 溫濕度傳感器

SHT30是一款高精度的數(shù)字溫濕度傳感器，具有較快的響應(yīng)時間和較低的功耗，適合用于環(huán)境監(jiān)測。

6.4 語音播報模塊

DFPlayer Mini是一款小型語音播放模塊，可以存儲語音文件，并通過串口控制播放。當久坐時間超過設(shè)定時，通過語音提示用戶。

6.5 繼電器模塊

繼電器模塊用于控制高功率負載如加熱器和散熱器的開關(guān)。它可以通過低電壓的STM32控制高電壓電器。

7. 總結(jié)

本項目設(shè)計的智能坐墊座椅系統(tǒng)結(jié)合了溫濕度調(diào)節(jié)、久坐監(jiān)測、藍牙控制、自動按摩等多種智能功能，旨在提升用戶的舒適性和健康性。通過使用STM32單片機作為核心控制平臺，系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測坐墊的環(huán)境數(shù)據(jù)，并通過藍牙與手機APP實現(xiàn)無線控制。未來，可以進一步擴展系統(tǒng)的功能，如增加運動提醒、心率監(jiān)測等，進一步提升智能坐墊的健康管理功能。

8. STM32代碼設(shè)計

下面是一個完整的 main.c 代碼，涵蓋了 STM32F103RCT6 單片機的主要功能。

#include "stm32f10x.h"
#include "delay.h"  // 延時函數(shù)
#include "lcd.h"    // LCD 顯示模塊
#include "pressure_sensor.h" // 壓力傳感器
#include "humidity_temperature_sensor.h" // 溫濕度傳感器
#include "relay_control.h" // 繼電器模塊
#include "buzzer.h" // 蜂鳴器模塊
#include "bluetooth.h" // 藍牙模塊
#include "button.h" // 按鍵控制模塊
#include "dfplayer.h" // 語音播報模塊

// 全局變量
uint8_t seatOccupied = 0; // 座椅是否有人坐下
uint32_t seatTimer = 0;    // 座椅計時器，單位：秒
uint8_t heatStatus = 0;    // 加熱器狀態(tài)（0 關(guān)，1 開）
uint8_t coolStatus = 0;    // 散熱器狀態(tài)（0 關(guān)，1 開）
uint8_t idleTimeout = 30;  // 久坐提醒倒計時，單位：分鐘

// 按鍵設(shè)置
#define KEY_HEAT_PIN      GPIO_Pin_0 // 加熱按鍵
#define KEY_COOL_PIN      GPIO_Pin_1 // 散熱按鍵
#define KEY_TIME_PIN      GPIO_Pin_2 // 久坐時長設(shè)置按鍵

void System_Init(void);
void Seat_Check(void);
void Seat_Control(void);
void Temperature_Humidity_Control(void);
void Display_Update(void);
void Button_Polling(void);
void Buzzer_Alert(void);
void Bluetooth_Transmit(void);

int main(void)
{
    // 初始化系統(tǒng)
    System_Init();

    while (1)
    {
        // 檢查座椅是否有人坐下
        Seat_Check();

        // 控制座椅加熱和散熱
        Seat_Control();

        // 溫濕度調(diào)節(jié)
        Temperature_Humidity_Control();

        // 更新LCD顯示
        Display_Update();

        // 按鍵輪詢控制
        Button_Polling();

        // 藍牙數(shù)據(jù)傳輸
        Bluetooth_Transmit();
    }
}

// 系統(tǒng)初始化
void System_Init(void)
{
    // 初始化各模塊
    delay_init();
    LCD_Init();
    PressureSensor_Init();
    HumidityTemperatureSensor_Init();
    Relay_Init();
    Buzzer_Init();
    Bluetooth_Init();
    Button_Init();

    // 初始化系統(tǒng)時間和設(shè)置默認值
    seatTimer = 0;
    seatOccupied = 0;
    heatStatus = 0;
    coolStatus = 0;
}

// 座椅檢查函數(shù)
void Seat_Check(void)
{
    // 檢測座椅是否有人坐下
    seatOccupied = PressureSensor_Read();

    // 如果有人坐下，開始計時
    if (seatOccupied)
    {
        if (seatTimer < idleTimeout * 60)  // 如果尚未超過設(shè)定的久坐時間
        {
            seatTimer++;
        }
    }
    else
    {
        seatTimer = 0;  // 如果座椅上沒有人，計時器歸零
    }
}

// 座椅控制函數(shù)
void Seat_Control(void)
{
    // 如果久坐時間超過設(shè)定時間，發(fā)出語音提示
    if (seatOccupied && seatTimer >= idleTimeout * 60)
    {
        // 播報語音提示
        DFPlayer_Play("Please take a break and stretch.");
        Buzzer_Alert(); // 久坐提醒時，蜂鳴器響起
    }

    // 溫濕度控制（自動加熱或散熱）
    Temperature_Humidity_Control();
}

// 溫濕度調(diào)節(jié)函數(shù)
void Temperature_Humidity_Control(void)
{
    float temperature = HumidityTemperatureSensor_ReadTemperature();
    float humidity = HumidityTemperatureSensor_ReadHumidity();

    // 控制加熱器
    if (temperature < 20.0 && !heatStatus)
    {
        Relay_Control(HEAT_RELAY_PIN, 1);  // 開啟加熱
        heatStatus = 1;
    }
    else if (temperature >= 22.0 && heatStatus)
    {
        Relay_Control(HEAT_RELAY_PIN, 0);  // 關(guān)閉加熱
        heatStatus = 0;
    }

    // 控制散熱器
    if (temperature > 28.0 && !coolStatus)
    {
        Relay_Control(COOL_RELAY_PIN, 1);  // 開啟散熱
        coolStatus = 1;
    }
    else if (temperature <= 25.0 && coolStatus)
    {
        Relay_Control(COOL_RELAY_PIN, 0);  // 關(guān)閉散熱
        coolStatus = 0;
    }

    // 顯示溫濕度信息
    LCD_DisplayTemperatureHumidity(temperature, humidity);
}

// LCD顯示更新函數(shù)
void Display_Update(void)
{
    // 顯示座椅占用狀態(tài)
    LCD_DisplaySeatStatus(seatOccupied);

    // 顯示座椅計時
    LCD_DisplaySeatTimer(seatTimer);

    // 顯示加熱和散熱狀態(tài)
    LCD_DisplayHeatCoolStatus(heatStatus, coolStatus);
}

// 按鍵輪詢函數(shù)
void Button_Polling(void)
{
    // 檢測按鍵是否被按下并控制相應(yīng)功能
    if (Button_Read(KEY_HEAT_PIN) == BUTTON_PRESSED)
    {
        heatStatus = !heatStatus;
        Relay_Control(HEAT_RELAY_PIN, heatStatus);
    }

    if (Button_Read(KEY_COOL_PIN) == BUTTON_PRESSED)
    {
        coolStatus = !coolStatus;
        Relay_Control(COOL_RELAY_PIN, coolStatus);
    }

    if (Button_Read(KEY_TIME_PIN) == BUTTON_PRESSED)
    {
        idleTimeout++; // 增加久坐時長
        if (idleTimeout > 60) idleTimeout = 60; // 最大時長60分鐘
    }
}

// 蜂鳴器提醒函數(shù)
void Buzzer_Alert(void)
{
    // 播放久坐提醒音
    Buzzer_On();
    delay_ms(500);
    Buzzer_Off();
}

// 藍牙數(shù)據(jù)傳輸函數(shù)
void Bluetooth_Transmit(void)
{
    // 發(fā)送當前坐墊狀態(tài)（濕度、溫度、久坐計時等）
    char buffer[64];
    snprintf(buffer, sizeof(buffer), "Temp: %.2f, Humidity: %.2f, Seat Time: %d", 
             HumidityTemperatureSensor_ReadTemperature(), 
             HumidityTemperatureSensor_ReadHumidity(),
             seatTimer);
    Bluetooth_SendData(buffer);
}

代碼分析

系統(tǒng)初始化 (System_Init): 初始化系統(tǒng)的硬件模塊，包括延時、LCD顯示、傳感器、繼電器、語音播報、藍牙和按鍵等。
座椅檢查 (Seat_Check): 檢查壓力傳感器數(shù)據(jù)，判斷是否有用戶坐下。如果坐下則開始計時，久坐超過設(shè)置時間則發(fā)出提醒。
座椅控制 (Seat_Control): 根據(jù)座椅占用狀態(tài)和溫度數(shù)據(jù)，控制加熱和散熱。超時后會播放語音并提醒用戶起身活動。
溫濕度控制 (Temperature_Humidity_Control): 通過溫濕度傳感器控制加熱器和散熱器的開關(guān)。溫度過低開啟加熱，溫度過高開啟散熱。
LCD顯示更新 (Display_Update): 更新LCD屏幕上的信息，如座椅狀態(tài)、溫濕度、座椅計時等。
按鍵輪詢 (Button_Polling): 按鍵控制座椅的加熱、散熱和久坐時長的設(shè)置。
蜂鳴器提醒 (Buzzer_Alert): 久坐提醒時蜂鳴器發(fā)出提示音。
藍牙數(shù)據(jù)傳輸 (Bluetooth_Transmit): 將坐墊的狀態(tài)數(shù)據(jù)（如溫濕度、座椅占用時間等）通過藍牙傳輸?shù)绞謾CAPP，供用戶查看和控制。

總結(jié)

該 main.c 文件實現(xiàn)了智能坐墊座椅系統(tǒng)的基本控制邏輯，包括溫濕度控制、座椅占用檢測、久坐提醒、按鍵控制、藍牙通信等功能。各個模塊通過 STM32 控制器協(xié)調(diào)工作，滿足系統(tǒng)設(shè)計的需求。如果其他硬件模塊和驅(qū)動已經(jīng)完成，可以將這些代碼與相應(yīng)的硬件集成，實現(xiàn)智能坐墊的功能。

基于STM32單片機智能坐墊座椅設(shè)計

1. 項目開發(fā)背景