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  • 基于STM32的自闭症儿童互动产品设计【第二届立创商城电子制作节二等奖作品】
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第二届立创商城电子制作节6强正式揭晓!!!万元大奖,花落谁家?30强作品专家评审及最终得分,戳链接围观→http://club.szlcsc.com/article/details_9143_1.html

 

本作品为第二届立创商城电子制作节二等奖作品,作者立创社区ID:Light;转载请注明出处,未经允许不得用作商业用途。作品原链接:http://club.szlcsc.com/article/details_7500_1.html

一、作品简介

1. 作品说明

4~6岁自闭症儿童互动产品包含4个特定的场景:滑滑梯、跷跷板、踢足球、荡秋千。

场景和游乐设施固定在产品表面上,装有感应芯片的人物可以移动。

如果A人物贴在A场景上,则会有儿歌播放。如果A人物贴在BCD任意场景上则不会有反应。

此款设计有利于对特定场景的认知


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1.1 外观设计

整体效果图:

  

配对人物

配对场景和完整场景

  

细节图

使用说明图

1.2 内部电路设计

装有电路的不织布的公园场景盒子,材质选用柔软安全的不织布,盒子尺寸大小为40cm*36cm*6cm,内部电路板尺寸为64mm*36.40mm

焊接组装好的PCBA图片

内部电路尺寸图:

2.设计背景

2.1 研究背景

对于自闭症儿童产品的专业学术研究,最早见于Ferrara C1980等从医学的角度分析出自闭症儿童受环境刺激的影响。Van Rijn H2007针对自闭症儿童的语言能力障碍,设计出一款提升语言、情感和认知能力的智能玩具。同年,国内自闭症儿童产品的专业学术研究才刚起步,张婧2007从认知心理学的角度来研究自闭症儿童的康复训练。关于自闭症儿童的相关研究在2015年达到高峰,至今还是人们关注的重点课题,见图2.1。随着人们对自闭症儿童的逐步关注,相关研究点不断涌现,见图2.2。此后,自闭症儿童的跨学科研究也逐渐深入到教育学、心理学等多个学科,为自闭症儿童的专业研究提供多个发展方向,见图2.3。

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图 2.1

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图2.3

研究报告数据表明,目前中国自闭症的患病率逐年增加,患病人数已超千万,其中自闭症儿童多达200万。但是专家们对于自闭症的研究还存在限制,难以确诊和完全治疗。对于医疗发达的国家而言,治疗方式主要采用康复训练,配合药物治疗,仍是一项重点的研究课题。

2.2 目的和功能

自闭症儿童的情绪、认知功能以及行为等方面的问题显著影响到了他们正常的学习、生活和成长,同时也给家庭和社会都带来不小的负担。由于年龄较小的自闭症儿童各方面可塑性较强,早期进行干预和训练能使其智力、语言功能、社会交往技能获得较为积极的恢复和发展,为自闭症儿童设计出适合且可普及的产品具有重要意义。

2.3 市场应用前景

国外自闭症儿童产品多元化发展,不仅在传统产品上面进行再设计,还设计结合智能科技的互动性产品。而国内对于自闭症儿童的产品设计方式较为传统,至今未成体系。将设计学与心理学、教育学、认知神经学等多个学科融合设计研究,结合自闭症儿童的认知特征水平,在有效的康复训练方法的基础上,进行传统产品再设计或利用智能硬件设计自闭症儿童互动产品。此次产品设计不仅是对自闭症儿童康复训练做出的一次尝试,还为今后国内相关设计和市场领域提供一定的参考。

3. 作品亮点

3.1 创新性

从工业设计的角度出发,将设计学与心理学、教育学、认知神经科学等多个学科交叉融合,运用视觉画面、听觉声音和触觉感知等治疗要素,将视觉、听觉、触觉等感觉通道有机结合,通过家长与自闭症儿童的互动,积极改善自闭症儿童的情绪和行为,提升认知能力,进而促进社会能力的发展。

3.2 趣味性

由于单纯的视觉图案并不能很好地吸引自闭症儿童的注意力,设计后期引入智能硬件来实现产品的有声化。设计将智能硬件与整体场景的配对游戏结合使用,在训练自闭症儿童认知能力的同时,让产品的互动形式不再单一,优化后变为动态情境,有助于提升自闭症儿童对场景的认知能力。在配对成功播放儿歌后,自闭症儿童得到正反馈,帮助其更好地进行早期康复训练和更快地融入集体氛围中。

3.3 实用性

从年龄较小的儿童心理生理发育均为未完成,各方面的可塑性较强的方面考虑,早期及时进行干预和训练,其智力、语言功能、社会交往技能均能够获得较为积极的恢复和发展。其中,4~6岁自闭症儿童与正常儿童的差异较大,及时进行康复训练效果最明显,因此,设计人群主要针对4~6岁的自闭症儿童。



在进行自闭症儿童互动产品设计时,除了明确功能之外,还要考虑其内容和表现形式。设计应注重干预者与儿童的交互方式和体验感受,促进儿童的主动交互行为,使产品起到陪伴和减少孤独感的作用。选用基于场景认知的设计,采用配对的形式。首先,产品中人物选用儿童形象,场景选用游乐设施。然后,分别考虑物体配对场景和人物配对场景两种逻辑模型。由于在场景认知中人物进行移动比较符合正常的逻辑思维,设计则选用人物配对场景的形式。为了使场景融入产品的情境构建中,该设计将选用的滑滑梯、跷跷板、踢足球、荡秋千四个场景置于公园或游乐场的背景中

3.4 公益性

自闭症儿童的情绪、认知功能以及行为等方面的问题显著影响到了他们正常的学习、生活和成长,同时也给家庭和社会都带来不小的负担。由于年龄较小的自闭症儿童各方面可塑性较强,早期进行干预和训练能使其智力、语言功能、社会交往技能获得较为积极的恢复和发展,为自闭症儿童设计出适合且可普及的产品具有重要意义。

二、系统构架图

三、硬件部分的描述

1. 硬件图示

Stm32核心板电路原理图:

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RC522射频模块原理图:

JQ8900语音模块:

2. 该作品的实现原理、系统的工作过程

2.1 实现原理

系统通过四对射频卡模块和感应钥匙进行人物和场景的识别,利用语音模块完成语音播放的功能。射频卡模块采用的是RC522射频卡模块,感应模块的通信频率为13.56MHz,语音模块是JQ8900-TF语音模块。当人物(感应钥匙)和场景(射频卡模块)配对时,STM32模块会进行检测人物是否和场景对应。若对应,则播放对应的音乐,否则不响应。

2.2 系统工作过程

自闭症儿童互动产品包含4个特定的场景:滑滑梯、跷跷板、踢足球、荡秋千。场景和游乐设施固定在产品表面上,装有感应芯片的人物可以移动。如果A人物贴在A场景上,则会有儿歌播放。如果A人物贴在BCD任意场景上则不会有反应。

四、材料清单(BOM列表)

这个作品所用到的主要器件:

名称:STMF103C8T6核心板,数量1,相关元件购买地址:http://www.szlcsc.com/so/catalog/474.html

名称:RC522射频模块,数量4,相关元件购买地址:http://www.szlcsc.com/so/catalog/986.html

名称:13.56MHz感应模块,数量4,相关元件购买地址:http://www.szlcsc.com/so/catalog/513.html

名称:锂电池,数量1,相关元件购买地址:http://www.szlcsc.com/so/catalog/460.html

名称:JQ8900语音模块,数量1;

名称:喇叭,数量1 。

五、软件部分的描述

关键代码:

RC522模块引脚初始化: 

void SPI_Config( void ) 

{ 

  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; 

 //配置CS1 

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); 

  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_1; 

  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; 

  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; 

  GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); 

//配置CS2 

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); 

  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10; 

  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; 

  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; 

  GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); 

//配置CS3  

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); 

  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_11; 

  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; 

  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; 

  GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); 

//配置CS4 

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); 

  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_12; 

  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; 

  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; 

  GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); 

  //配置SCK 

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE ); 

  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13; 

  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; 

  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_Out_PP; 

  GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); 

  //配置MOSI 

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE ); 

  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_15; 

  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; 

  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_Out_PP; 

  GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); 

  //配置MISO 

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE ); 

  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_14; 

  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_IN_FLOATING; 

  GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); 

  //配置RST 

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE ); 

  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_8; 

  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; 

  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_Out_PP; 

  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); 

} 

RC522模块初始化: 

void RC522_Init ( u8 CS_ID ) 

{ 

SPI_Config(); 

RC522_Reset_Disable(); 

RC522_1_CS_Disable(); 

RC522_2_CS_Disable(); 

RC522_3_CS_Disable(); 

RC522_4_CS_Disable(); 

PcdReset(CS_ID); 

M500PcdConfigISOType( 'A',CS_ID ); 

} 

声音控制初始化: 

void Vioce_Init(void) 

{ 

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; 

//配置 IO1  B6 

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); 

  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_6; 

  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; 

  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; 

  GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); 

//配置 IO2  B9 

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); 

  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9; 

  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; 

  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; 

  GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); 

//配置 IO3    B8 

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); 

  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_8; 

  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; 

  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; 

  GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); 

//配置 IO4     B7 

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); 

  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_7; 

  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; 

  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; 

  GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); 

GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6); 

GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_9); 

GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_8); 

GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_7); 

} 

六、作品演示

语音是被背景音乐覆盖了,视频主要是显示的产品外观和操作过程。比如放到荡秋千的对应音乐就是“荡秋千”,测试过是可行的。 

这是声音测试视频:

 

七、总结

此作品不仅实现设计学与心理学、教育学、认知神经学等多个学科融合,也是对国内传统康复训练和自闭症儿童产品的一次突破性尝试。但是,在传统产品和智能硬件的结合上,还存在一些不足。此自闭症儿童互动产品设计存在一定的局限性,需要对智能化部分继续研究和完善,找出更适合自闭症儿童的互动方式。

在今后的相关的设计研究中,如何为自闭症儿童设计出适合且可普及的产品具有重要意义。最后,非常感谢立创商城提供这么好的平台,让电子制作爱好者有机会展示自己的作品,希望多多交流指正。也很感谢在此期间工作人员的耐心回复,祝立创商城越办越好~~

 

「关于」立创商城(WWW.SZLCSC.COM)成立于2011年,致力于为客户提供一站式电子元器件线上采购服务,成交量全国领先。自建6000多平米现代化元器件仓库,现货库存超40000种。本文由立创商城原创,转载请注明出处。

  • 时间:2017-09-11 18:47
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