Desarrollo y diseño de sillón de masaje inteligente con pantalla táctil

2020-07-30 19:44:05 fandoukeji

Con la mejora continua de los niveles de vida, las personas prestan cada vez más atención a su propia salud y, como el principal equipo de atención médica familiar, las sillas de masaje se están volviendo cada vez más populares. La silla de masaje es un producto mecatrónico típico, que se está desarrollando hacia la inteligencia. Cuando las personas usan sillas de masaje, también presentan requisitos más altos para su inteligencia y multifunción.


Con el objetivo de las deficiencias de las sillas de masaje tradicionales en términos de interfaz de interacción humano-computadora, funciones de inteligencia y entretenimiento, combinadas con las necesidades de acondicionamiento físico real, este artículo aplica tecnología incorporada al sistema de control de la silla de masaje para realizar la inteligencia y la digitalización del sistema de control de la silla de masaje. Y hermosa y humanizada interfaz de interacción humano-computadora.


1. Sistema de control inteligente de la silla de masaje

El sistema de control inteligente de la silla de masaje tiene dos modos de operación, manual y automático. La operación manual puede controlar la velocidad y el modo de la silla de masaje, y la operación automática puede realizar varios modos de ejercicio controlados por programa para diferentes grupos de personas. El sistema de interacción humano-computadora tiene dos tipos de control de pantalla táctil y control infrarrojo: cuando se realiza el control táctil, se acompaña de indicaciones de voz, que pueden monitorear el estado de funcionamiento de la silla de masaje en tiempo real. El sistema también puede realizar la función de reproducción de MP3.


El sistema de control elige STM32 como el microprocesador. El controlador está integrado con una gran cantidad de módulos de funciones periféricas. Teniendo en cuenta la velocidad de cálculo, la estabilidad y la economía, se selecciona como el controlador del sistema, pero no tiene una interacción amigable entre la computadora y el hombre. Tiene muchos parámetros de control, No es conveniente usarlo cuando se requiere la interacción humano-computadora. En este caso, usar una pantalla táctil es una buena opción. Para la protección de seguridad de la silla de masaje, la señal de salida del sensor se envía al controlador para su ajuste y control.


2. Diseño de hardware de sillón de masaje inteligente

La arquitectura de hardware del sistema de control inteligente de la silla de masaje se muestra en la Figura 1. El sistema principal de interacción humano-computadora, el sistema de control inferior de la computadora, el sistema de detección, el sistema de accionamiento del motor, el sistema de ejecución y suministro de energía, etc. Estas estructuras de hardware tienen las ventajas de una alta integración, una fuerte independencia y una buena escalabilidad.


图 1 按摩椅控制系统的硬件结构框图

2.1 Sistema de interacción humano-computadora


(1) Control de la pantalla táctil: la pantalla táctil controla las diversas acciones de la silla de masaje a través de la interfaz de comunicación estándar RS232, se da cuenta de la configuración de parámetros, modificación, visualización y otras funciones, que pueden comprender de manera más conveniente e intuitiva las etapas del sistema de control de la silla de masaje. Establezca una conexión de puerto serie entre la pantalla táctil y el sistema de control de computadora inferior de la silla de masaje. La computadora inferior de la silla de masaje inteligente recibe instrucciones y datos de la pantalla táctil, y controla el motor del modo de manejo del sistema de manejo y el motor de velocidad para realizar acciones relacionadas. La pantalla táctil, el chip de voz STM32 e ISD1760 constituyen un módulo de aviso de voz. Al configurar los parámetros de la silla de masaje en la pantalla táctil, el estado operativo de la silla de masaje se puede monitorear en tiempo real. Al alcanzar las posiciones límite superior e inferior, se emitirá una alarma para garantizar la seguridad de la silla de masaje correr.


(2) Control infrarrojo: la comunicación infrarroja es para modular y demodular números binarios, y usar el canal infrarrojo para la transmisión, y su interfaz es un módem para el canal infrarrojo. El sensor de recepción de infrarrojos HS0038 seleccionado por este sistema, en el que REMOTE_IN está conectado al segundo pin de P2, pero no está conectado directamente al puerto de E / S de la MCU, para evitar que el puerto de E / S sea interferido por señales infrarrojas cuando se utilizan otras funciones .


La parte emisora de este sistema adopta el temporizador STM32, la frecuencia de la portadora es de 38 kHz, el tiempo de bit es de 1.125 ms y la frecuencia del reloj se establece en 11.0592 MHZ. Antes de la comunicación por infrarrojos, las dos partes deben primero formular un protocolo específico de acuerdo con los requisitos funcionales del sistema y luego escribir el programa. En este sistema, una parte de la comunicación por infrarrojos es un control remoto por infrarrojos, y la otra parte es un microprocesador STM32. La ubicación del masaje, el tiempo de masaje y la velocidad del masaje se pueden cambiar a través de un programa informático, para que los usuarios puedan ajustar la silla de masaje según sus propias condiciones.


2.2 Sistema de control informático inferior


El sistema de control de la computadora inferior se compone principalmente de una placa de microprocesamiento integrada, que realiza el trabajo de cálculo en tiempo real de la operación del sistema de control. El chip de control principal de la placa de procesamiento utiliza la serie STM32 STM32F103RBT6 basada en el núcleo ARM Cortex-M3, que es muy adecuado para aplicaciones en el campo de control. La placa de microprocesador tiene: 3 puertos en serie, la interfaz del dispositivo periférico en serie se puede usar para el módulo de control de pantalla táctil, el módulo de control de infrarrojos; 2 SPI, la comunicación SPI se puede usar para el módulo de aviso de voz y el módulo de reproductor de MP3; 7 TIM, puede generar hasta 28 Una señal PWM precisa, que es conveniente para el control del motor paso a paso y la frecuencia portadora enviada en el control infrarrojo; 2 ADC de 12 bits (16 canales), que se pueden utilizar para recopilar las señales analógicas de salida del sensor de presión y el sensor de frecuencia cardíaca para garantizar la señal El tiempo real y la precisión de la adquisición; 51 pines de E / S disponibles, el microprocesador está integrado con ricos módulos de funciones periféricas, en comparación con otros chips de la serie ARM, el chip STM32 funciona más rápido y tiene un precio más bajo.


Además, la computadora inferior realiza retroalimentación de velocidad basada en el dispositivo de detección de posición. La computadora inferior también tiene un módulo de reproductor de MP3, que forma un MP3 con función táctil a través de la pantalla táctil, módulos STM32 y MP3, que se pueden usar para seleccionar la siguiente canción y la canción anterior, y también se pueden usar para pausar / reproducir. Para que las personas puedan escuchar música durante el proceso de masaje y disfrutar del cuerpo y la mente.


2.3 Sensor de presión


El sensor de presión selecciona un sensor de fuerza de rango pequeño, el cuerpo elástico es una viga de tres piezas y una estructura de voladizo compuesta, considerando principalmente su vida útil. Como la distancia de salida es relativamente corta, la señal de salida se selecciona como una señal de voltaje, de modo que el procesamiento posterior es más fácil. Este diseño adopta el principio de medición de puente completo para hacer que el sistema produzca errores más pequeños y datos de salida más precisos. El circuito amplificador operacional amplifica la señal analógica débil emitida por el sensor por un cierto múltiplo para cumplir con los requisitos del convertidor A / D para varios procesos de conversión del nivel de señal de entrada. STM32 tiene dos ADC con un tiempo de conversión de 1 μs. Utiliza el canal ADC1 0 de STM32 para muestrear el valor de voltaje de salida. El valor muestreado se lee a través de EFPROM y se retroalimenta a STM32. Si el motor paso a paso alcanza las posiciones límite superior e inferior, la silla de masaje automáticamente Ajuste su posición para garantizar la seguridad y el funcionamiento normal de la silla de masaje. El diagrama de bloques del sistema de control del sensor de presión de la silla de masaje se muestra en la Figura 2.

图 2 压力传感器控制系统框图

2.4 Módulo de monitoreo de frecuencia cardíaca


El sensor de frecuencia cardíaca detecta la señal del electrocardiograma generada por el latido cardíaco mediante el método de detección bioeléctrica de la superficie del cuerpo humano, y emite la señal de pulso sincronizada con el latido cardíaco a través del circuito de acondicionamiento de señal, A / D, procesamiento de señal digital y circuito de comparación, que resuelve efectivamente la situación dinámica Verifique la validez y precisión de la frecuencia cardíaca. Además, se agrega la señal de detección de apretón de manos. Detecta si la mano sostiene el electrodo mientras emite una señal de pulso sincronizada con el latido del corazón. Los niveles alto y bajo de salida indican que se ha mantenido o no, y detecta la frecuencia cardíaca del usuario durante el masaje. . El sistema de control proporcionará automáticamente un plan de ejercicio científico basado en la frecuencia cardíaca del usuario. El diagrama de bloques del sistema de control de la frecuencia cardíaca de la silla de masaje se muestra en la Figura 3.


图3

Tres, diseño del programa de control de la silla de masaje

El sistema de control de la computadora inferior diseñado por el sistema de control inteligente de la silla de masaje adopta un método orientado a objetos para diseñar software. Y la encapsulación, la interacción entre los módulos se realiza a través de los estándares de entrada y salida entre cada módulo, y el programa de control por microprocesador se usa para administrar y organizar las llamadas a cada submódulo. Después de adoptar el diseño modular, los desarrolladores posteriores pueden realizar un trabajo de desarrollo de seguimiento en cualquier módulo, a fin de garantizar la legibilidad, escalabilidad y mantenibilidad del software para el desarrollo continuo. El módulo del programa de control de computadora inferior se muestra como en la Fig.4.


图 4 按摩椅下位机控制程序模块

para resumir


Este artículo aplica tecnología integrada al sistema de control digital del equipo de acondicionamiento físico y enriquece la inteligencia, seguridad y entretenimiento de la silla de masaje a través del control de la velocidad y la posición del motor de accionamiento, la interfaz de comunicación hermosa y fácil de usar, y la aplicación de varios sensores inteligentes. Es beneficioso para el posicionamiento de la silla de masaje como un producto de alta gama, ya que reduce la independencia relativa de la silla de masaje, el proceso de trabajo aburrido, la falta de interactividad y otras deficiencias, y brinda una nueva experiencia de masaje al usuario.