徐佳韵 杨晨昕
（上海海事大学物流工程学院，中国 上海 201306）
【摘要】随着健康问题的日益普遍，人们愈发关注和防治。特别是上班族和学生整天待在室内，在“享受”空气污染、电子污染的同时，双腿长期闲置，会导致下半身越坐越宽。由于缺乏阳光与运动，不仅会面色苍白、缺少活力、腰酸背痛、身材走样，一旦脂肪囤积过多，很容易造成心脏、血管方面的疾病。因此，解决办公室白领及学生们长时间坐着工作学习影响身体健康的问题尤为重要。本项目拟以keil4,Visual C++6.0,STC_ISP，AUTO CAD等工具和普中HC6800ES-V1.1单片机开发板，震动器元件制作出声，震动的办公室用提醒座垫为基本目标。自制一款定时器上位机软件安装于PC，座垫采用USB数据线接线，与PC进行通信和供电。设计的电子座垫能够定时提醒工作人员工作一段时间后站立活动，调整身体姿势，进行自由的休息活动。电子座垫提醒时间可调，可以选用声、震动的提醒方式，座垫设计有机械振动按摩和提醒装置。
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关键词 Visual C++6.0；51单片机；办公座垫；程序设计；自动提醒
0引言
（1）课题背景
上班族和学生长时间地坐在坐椅上，体位相对固定，姿势较少变化，腰部肌肉常处于某个方向的紧张状态，这类人群常常腰椎间盘突出症的多发，常有腰骶部疼痛症状，疼痛可轻可重。轻的时候，久坐后才产生症状；重的痛不可忍，卧床不起，稍动就痛，翻身也极为困难。而且他们整天待在办公室里，在“享受”空气污染、电子污染的同时，双腿长期闲置，会导致下半身越坐越宽。由于缺乏阳光与运动，不仅会面色苍白、缺少活力、腰酸背痛、身材走样，一旦脂肪囤积过多，很容易造成心脏、血管方面的疾病，如高血压、动脉硬化等，还增加了结肠癌、高血压、骨质疏松、抑郁和焦虑症的发生。
而且如今的办公座垫都是偷工减料，多数用粗糙的海绵和棉外套组合而成。长时间坐着不仅不能改善舒适度还会给我们的身体健康带来不良的影响。且经不起时间的考验，一个季节过去一个座垫就差不多报废了。在此社会环境背景下，我们设计开发一种有创新意义的，能够实现声和震动定时提醒站立的保健电子座垫，解决白领办公人员长时间坐着工作，影响身体健康的问题。设计的电子座垫能够定时提醒工作人员工作一段时间后站立活动，调整身体姿势，保证身体健康。电子座垫提醒时间可调，座垫设计有机械振动按摩和提醒装置。而且我们的座垫主要采用回弹较慢的记忆海绵，棉花和优质美观外套为原材料一部分。保证了座垫智能的同时，也保证了它的舒适性和美观度。相信只要再尽心研制和结合市场，未来一定会受欢迎。
（2）研究思路
此课题先通过对目前市场的各类按摩座垫和提醒装置进行了解，分析现有产品的缺陷和可改装之处。接下来根据一些提醒装置的设计和现有资料的参考，分析我们这个项目产品的结构设计，电路设计，测定各种力和电的数据，确定自己的能力，制定可执行性高的计划方案，编制出合理的时间进度安排进行。
（3）创新点
这是市面上肯定还没出现过的一种办公座垫，又可以说是智能产品。这款座垫可根据使用者需求自动设定提醒时间，进行震动和声音的提醒，且座垫舒适时尚。传统的办公坐垫只是用来垫高，使坐着舒服的作用。有些坐垫的材质选料不好没达到保健目的，长期使用反而会危害人体健康。而经过我们创新设计的坐垫，不仅拥有传统办公坐垫的舒适感，还可以称为是智能的一款产品。坐垫的外部棉套是可以拆洗的，以防止长期使用产生的细菌对身体健康不益。此坐垫专门为长时间使用电脑的工作人员设计，外观大小控制在30×30×8cm左右。座垫内部使用51单片机和振子工作，通过USB口发送信号给电脑，与电脑的定时软件连用。填充材料选用人体感觉最舒适的材料——记忆棉，以及保护震动模块和单片机的发泡塑料，电源采用USB的5V供电。目前来说，我们是基本上简单的实现设计并且制作出一款新颖的智能实用且低成本的保健产品。
1研究方法与过程
1.1概述
设计开发一种能够实现声和震动定时提醒站立的保健电子座垫，解决白领办公人员长时间坐着工作，影响身体健康的问题。设计的电子座垫提醒时间可调，可以选用声、光、等提醒方式，座垫设计有机械振动按摩和提醒装置。我们认为电子座垫在提醒功能、提醒方式上和用途上具有新意。
在理论分析的基础上，充分利用单片机和电子控制方面的成熟技术和元器件，设计和制作满足要求的办公室自动提醒站立保健坐垫。研发过程中，将各相关部分分模块研究，在各模块工作正常的情况下再进行整个系统的联调。
１．２计划步骤
实际步骤：查阅学习单片机资料—学习基于MFC的C++6.0软件设计—设计座垫内部振子的排布与舒适度—运用CAD软件画出座垫的设计图—一方面编写定时软件一方面测试座垫内振子连接的可靠性—完成单片机程序调试—组装座垫内各部分器件达到声音与震动提醒效果—人体测试。
１．３设计方案
以keil4,Visual C++6.0,STC_ISP等工具和普中单片机开发板，震动器元件制作出声，震动的办公室用提醒座垫。具体是在座垫内部安装了普中51单片机开发板，选用STC89C52RC单片机，采用电脑USB的5V供电。设计了一款用于电脑的定时提醒软件与单片机通信，达到人工可调计时和触发单片机工作达到提醒的目的。最后用红外线遥控器关闭声音和震动的提示。
２研究结论与成果
2.1研究结论
座垫外观大小控制在30×30×8cm左右，与市场上现有的办公座垫形状大小基本无大差异。座垫内部使用普中的HC6800-VS1.1开发板、芯片为STC89C52RC的单片机工作。通过USB口与电脑进行串口通信。在使用者坐下并打开电脑定时提醒器后，电脑上的软件接受到信号开始计时并收到单片机开机工作的信号，到预设定时间后将此信号数据通过USB口返回给座垫内的PCB电路板，然后单片机控制作出通过蜂鸣器发声和打开直流电机引脚电压使振子工作震动的反应。然后需要使用者站起来用遥控红外关闭提醒装置，同时电脑程序进行时间的重置。基于安全性与使用方便性的考虑，座垫电源采用USB的5V供电。内部排线组装具体为：单片机置于坐垫底部，用发泡塑料包好，做掉套发泡塑料中挖出一个孔连出usb连接线，发泡塑料挖出一个孔连接振子电路的正负极电线，同时坐垫套与发泡塑料挖出另一个孔让红外线感应接收信号。坐垫海绵上表面挖出两个孔放置振子，将单片机通出的电路正负极并联振子并放入两个孔中。
我们始终坚持了自由选择提醒时间段，让使用者青睐的舒适保健坐垫通过温和的音乐与按摩般的震动来提醒该站起来运动运动或者休息会，达到改善使用者身体健康的目的。依靠方便可靠的单片机就掌握了声音和震动同时的双重提醒，内部装置简易却实用，使用着们容易上手。且成本不高。
２．２未来改进方向
由于时间的不充足和团队缺乏经验能力，未能达到最初想要设计的声、光、震动一体化。只能达到声音和震动的提醒。而且这样一种设计有一些不够完善和全自动的地方，比如USB信息传递可能由于人为的因素收到干扰，致使信息采集不是很精确，由于USB接口与电脑相连，有时候可能由于电脑的故障需要重新启动USB接收系统，还有就是需要电脑保持一直打开的状态才能持续稳定的工作。未来可以在坐垫内部可以布置特殊的某种传感器装置之类的器件，这样就可以实现不用使用者在电脑上开启计时，只要使用者坐下就可以开始计时的功能，计时更加准确。使用者站立一段时间再自动重置，避免有些偷懒的使用者只关闭提醒而不运动一会儿。
２．３设计成果
（１）用CAD完成了座垫的设计图纸；完成了座垫内部各元件的排线与连接，座垫内部完成震动和声音的提醒，声音是一段音乐。震动选择振子实现，舒适度不错，让人感受得到一定震动按摩效果。
（２）电脑计时→到达设定时间→电脑给予窗口提示→手动关闭窗口
↓
传送信号给单片机→单片机蜂鸣器给予声音提示
↓ ↓
接通电路启动振子给予震动提示→用红外线遥控器关闭提示
2.4软件成果
基于MFC程序设计的应用做出了一个简易的定时提醒软件，因为是针对办公室白领和经常长时间使用电脑的学生，所以想到了借助于PC来做个上位机软件进行可选择的定时。
此程序有多重时间段可以定时。如短时的30分钟、1小时。长时间的3小时、5小时等。
本系统执行步骤如下所述：
（1）单片机串口与电脑串口连接好,串口电路无异常现象；
（2）打开电脑运行软件,按系统软件中的“连接”按钮,当显示为“串口已经打开”方可进行下一步；
（3）当显示“串口已经打开”时（PC经串口发送一个数据给单片机(此数据为36,16进制为O×24),）可以进行分钟和小时时间设置；
（4）当再次按下“连接”按钮时为停止定时功能。
2.5单片机成果
根据开发板的原理图完成了单片机控制蜂鸣器和电机的程序编写。
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参考文献
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［４］吴正平，熊晓东，姜吉发，魏斌．用Visual C++6.0实现高精度定时器[J]．2002-9-30．
［５］雷鸣，侯哲生．防治颈肩腰痛计时提醒坐垫设计[J]．2013．
［６］林建春．期刊“单片机控制座垫冷暖[J]．电子科技，2011（10）．
［责任编辑：薛俊歌］