基于单片机的人体工学电脑支架研究

赵蕊 何文孝 熊浚儒

摘   要：文章提出的人体工学电脑支架以单片机（AT89S52）为主控中心，主要由温度监测系统、风扇调速系统组成。首先，文章介绍了该支架的总体设计方案;其次，描述了系统的硬件工作原理;最后，对其功能和优点进行总结。

关键词：单片机;温度监测系统;风扇调速系统;USB-Hub

随着时代进步，电子产品成为生活和办公学习时不可或缺的部分。经观察发现，现阶段，市场上流行的多是一些悬臂结构支架，其功能单一，并未被大众广泛接受。基于功能单一这点，本文基于单片机设计出一种既能矫正坐姿又能自动调节温度，且轻便可折叠的多功能人体工学电脑支架。

1    总体方案设计

该电脑支架硬件部分主要包括单片机核心系统、温度监测系统、风扇散热系统、通用串行总线（Universal Serial Bus，USB）接口、音响等。单片机控制器作为该系统的关键，通过连接温度监测系统、风扇散热系统，及时检测笔记本电脑的温度，合理散热，使电脑各部位达到最佳温度。同时添加多个USB接口和音响设备，有利于用户的良好体验。系统总体结构如图1所示。

2    硬件设计

2.1  单片机

电脑支架的主控系统中心选用目前市场上广受欢迎的AT89S52单片机。AT89S52单片机有低功耗、高性能的特点，符合支架主控中心的要求。

2.2  USB-Hub（USB集线器）

USB-Hub作为集线器可连手机、鼠标、键盘、数码摄像机等相关带USB接口的设备，可以将USB接口一变多，且实现扩展出的多个接口并行使用的功能。笔记本电脑由于自身设计原因，本身USB接口较少，当多个USB设备想要接入笔记本电脑时，往往需要频繁地插拔更换设备，导致用户体验不佳。本款支架具有USB-Hub的功能，通过将USB接口拓展为4个，完美解决该问题，有利于用户使用。USB-Hub设备的电路原理设计如图2所示。

2.3  风扇散热单元

两个12 cm风扇，采用开放式流通圆孔设计，循环散热，最大出风量可达28 CFM，含油轴承双风扇高效散热，固定于支架背面，持续送风进入电脑，再由电脑自带散热模组换风，辅助并加快笔记本电脑的热量散失，进而帮助笔记本电脑散热。

2.4  支架

本文设计的电脑支架主要材料为ABS树脂和天然橡胶，依据人体工学设计外观尺寸450×260 mm，高低可调、便于折叠收放，重量大约在800 g左右，质量较轻、方便携带，适合笔记本电脑等电子设备。

3    功能设计

3.1  散热功能

研究表明，持续高温容易导致笔记本电脑使用寿命和性能受到影响。当温度上升时，硬件老化速度加快，电脑使用寿命减短，同时运行性能下降。本款支架实时监测电脑的温度，自动调节支架上散热风扇的转速，以实时响应需求。因此，这款支架能在一定程度上提升笔记本电脑使用寿命和性能。并且这个风扇在快速有效降温的同时，噪音也非常低，用户几乎不会受到噪音的干扰，可以说是笔记本电脑的最佳搭档。

3.2  USB接口拓展功能

USB是一种支持热插拔功能且能随插随用的串行接口。由于USB具有传输速度较快、支持同步和双向的特点，且目前市面上的笔记本电脑外设基本都设有2～3个USB接口，该电脑支架利用USB接口来连接实现温度监测系统和电脑之间的通信。

此外，电脑上自带USB接口有限，而需要用到接口的地方有很多，如传输文件等，可能会因为接口少而受到限制，使得电脑具有连接局限性，因此，在电脑支架上新增多个USB口拓展，彻底解决电脑USB接口少的问题，可同时连接键盘、U盘、移动硬盘（需外接电源）等USB口设备。

3.3  音响兼照明功能

支架外围新增1个音响设备。该设备是在支架背部搭载音响模块，安装平板式音响，方便使用者使用。研究表明夜间视物容易导致视力下降，该支架增加照明功能，在夜晚可根据明暗程度智能调节亮度。

3.4  折叠收纳功能

该计算机支架具有以下几个优点。

（1）外观简洁大方：抛去了繁杂的设计，使用银白渐变色，高端大气上档次，符合大众的审美。

（2）便捷易存放：脚架可折叠，便于存放而不需要占用多余空间。

（3）轻便易携带：选用的支架材质质量较轻，便于携带。

（4）收纳空间人性化：双扩展收纳，针对移动硬盘、键盘、各种线缆等设计合理收纳功能，避免杂乱无章。

4    软件设计

本系统进行下位机程序与上位机程序的编程设计，上位机选择C++ builder来进行上位机软件的编程设计，下位机软件选择更合适的C语言进行编写。

4.1  上位机软件设计

上位机软件在电脑上运行，主要作用是实时采集系统中的温度传感器数据，并将数据通过USB接口传输给下位机软件，下位机软件根据数据实时响应。

4.2  下位机软件设计

下位机程序在单片机端运行，负责接受上位机程序采集的温度传感器数据，根据数据命令散热单元调节风扇转速。

5    结语

本文设计的基于单片机的人体工学笔记本支架，與市场上传统的电脑支架相比，功能多样化，可以更好地为用户提供服务。

[参考文献]

[1]苏麟祥.DS1820数字温度传感器的功能特性及其设计[J].采矿技术，2000（9）：329-330.

[2]雷晓平.单片机及其应用[M].成都：电子科技大学出版社，2003.

[3]陈启美.计算机USB接口技术[M].南京：南京大学出版社，2003.

Research on ergonomic computer support based on single chip microcomputer

Zhao Rui， He Wenxiao*， Xiong Junru

（College of Computer Science， Neijiang Normal University， Neijiang 641000， China）

Abstract：The ergonomic computer support proposed in this paper takes single chip microcomputer（AT89S52）as the main control center， which is mainly composed of temperature monitoring system and fan speed regulation system. This paper first introduces the overall design scheme of the notebook computer bracket， then describes the hardware working principle of the system， finally summarizes the functions and advantages of the design.

Key words：single chip microcomputer; temperature monitoring system; fan speed regulation system; USB-Hub