李玉华，杨应洪，向苹萍，龚有祎，王 勇

(西南科技大学 工程技术中心，四川 绵阳 621010)

0 引言

随着人们物质生活水平的提高，健康问题成为人们最关注的话题之一。由于办公族人群在繁忙的工作中常常忽略时间而久坐，因此增加了引起肥胖、心脏病发作甚至患癌的风险。目前市场上已有可以达到智能调温、防盗等不同功能的智能坐垫[1-4]，针对久坐人群，本文设计了一款基于STM32单片机的智能语音提示坐垫，具有对压力、久坐时长检测并语音提示的功能，可以更好地服务于大众健康生活。

1 智能语音提示坐垫系统总体设计

智能语音提示坐垫系统以STM32单片机为控制核心，主要由坐垫机械结构、主控模块(CPU)、一定载荷的压力检测模块、语音提示模块、电源模块、散热模块等组成，其结构框图如图1所示。压力检测模块检测人体的压力，并进行数据采集，经处理后将压力值转换为电信号发送给主控板；语音提示模块与主控板内部定时器配合判断是否到达设定的久坐时间，当时长超过设定时间，则启动语音播放功能发出提示，从而达到提醒久坐用户进行起身活动的目的；电源模块能为坐垫智能控制系统持续供电。

图1 智能语音提示坐垫系统结构框图

2 智能语音提示坐垫系统硬件设计

2.1 坐垫机械结构

坐垫机械结构主要由记忆棉(海绵)、弹簧、金属网及散热器托架等构成，如图2所示。使用金属网格材料作为支撑和固定，利用弹簧作缓冲，并结合韧性好的记忆性材料对人体重量进行有效分解。

图2 坐垫机械结构

2.2 主要模块的设计

本智能坐垫系统采用STM32F103作为主控制器，内置4个16位定时器，并有2个16位监视定时器(Independent and Window)，以及SysTick定时器，性能较强且功耗低。

2.2.1 压力检测模块

压力传感器采用HX711，它是一款专为高精度称重传感器而设计的24位A/D转换器芯片，芯片内有片内时钟振荡器，上电后可自动复位。因芯片内无内置拉高或拉低电阻，所有数字输入管脚在使用时不能悬空。压力传感器工作原理如图3所示。

2.2.2 语音提示模块

语音合成模块选用SYN6288-A，利用引脚TXD和RXD以及GND实现串口通讯，其中GND作为信号地，如图4所示。SYN6288-A芯片支持UART接口通讯方式，通过UART接口接收上位机发送的命令和数据。该模块中文语音合成效果清晰、自然，而且其芯片内固化有一些行业领域的常见提示语音。

图3 压力传感器工作原理

图4 语音合成模块

3 系统软件设计

编程软件选择较为常见的Keil，编程语言选择基础的C语言[5]，软件流程如图5所示。在STM32主控内先进行系统初始化，完毕后开始串口通讯，系统每1 000 ms循环一次，检测人体压力，并判断久坐时间；当到达预先设定好的时间后，单片机会产生中断，让单片机自动控制语音播放来提醒用户起身运动，直至用户起身活动后再停止；重新坐下后，单片机将重新开始计时。

4 系统调试

为测试智能语音提示坐垫能否正常运行以及提示功能能否满足要求，特设计了制作了模型，并进行了两次测试，如图6所示。

第一次测试：将小于25 kg的物品放在智能坐垫上，定时器未开启，单片机无法正常工作，因所承载压力不足设定值。

第二次测试：将大于40 kg的物品放在智能坐垫上，达到设定时间后开始语音播报，提醒用户起身活动。

第一次测试的目的是检验智能坐垫在承载压力不足设定值时，单片机是否按照设定不工作；第二次测试的目的是检验弹簧的减压能力，当压力范围超过压力传感器的检测范围，通过弹簧减压之后压力传感器检测压力，是否能够达到预定效果。

图5 软件流程

图6 坐垫传感器测试

5 结语

以市场出现的智能坐垫为基础，将单片机与各传感器技术相结合，共同构建了智能语音提示坐垫系统。经测试表明：该产品具有操控方便、可靠度高、实用性强且成本低廉的特点。从健康生活的角度考虑，该坐垫具有很好的市场推广价值。