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B、C、D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。
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 C(1980)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 H(2007)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。
图 2.1
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:
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B、C、D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~~
SN65LBC184DR/RS-485/RS-422芯片 | 3.75 | |
ADS1256IDBR/模数转换芯片ADC | 42.32 | |
ADS1220IPWR/模数转换芯片ADC | 16.35 | |
LTM4644IY#PBF/电源模块 | 128.34 | |
AD7689BCPZRL7/模数转换芯片ADC | 24.69 | |
TMS320F28035PNT/单片机(MCU/MPU/SOC) | 18.66 | |
TPS54331DR/DC-DC电源芯片 | 0.8793 | |
ADS1115IDGSR/模数转换芯片ADC | 6.22 | |
ADUM1201ARZ-RL7/数字隔离器 | 4.51 | |
MAX31865ATP+T/模数转换芯片ADC | 13.18 |
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