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设计说明书部分资料如下
设计摘要：
在当今教育环境下，提高课堂学习效率至关重要。本设计致力于解决学生在课堂上打瞌睡的问题，提出了一种基于单片机的智能课堂防睡装置。该装置以功能强大的 STM32 单片机为核心控制器，主要由中控部分、输入部分和输出部分构成。
中控部分的 STM32 单片机充分发挥其高效的数据处理能力，精准获取输入部分的数据，并经过内部复杂的算法处理后，对输出部分进行精确控制。输入部分由四部分组成，称重模块通过检测重量，可判断学生是否趴在桌面上，为打盹状态的判断提供重要依据；超声波测距模块能够准确检测学生与桌面的距离，当距离过近时，暗示学生可能头部低垂，有打盹倾向；独立按键则提供了便捷的人机交互方式，可用于切换界面、设置压力和距离阈值以及进行配网操作；供电电路为整个系统稳定供电，确保各模块正常运行。
输出部分同样由四部分组成。OLED 显示屏凭借其高对比度和低功耗的优势，清晰地显示系统名称、压力和距离值及其阈值，以及是否打盹等关键信息，让用户直观了解当前状态。WIFI 模块一方面可连接手机同步数据，方便教师和家长实时了解学生的课堂状态，另一方面允许通过手机设置阈值，使装置的工作参数调整更加灵活。而坐垫和手环在检测到学生出现打盹现象时，会及时进行震动提醒，这种提醒方式较为温和，不会对课堂秩序造成过大干扰。
综上所述，本智能课堂防睡装置通过多种传感器和输出设备的协同工作，能够有效地检测学生的课堂状态，并在学生出现打盹现象时及时提醒，为提高课堂学习效率提供了有力的技术支持。
关键词：单片机；WiFi模块；HX711称重模块；超声波模块；
字数：10000+
目录：
摘 要
ABSTRACT
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
1.2 国内外研究现状
1.3 课题主要内容
2 系统设计方案
2.1 系统整体方案
2.2 单片机的选择
2.3 电源方案的选择
2.4 显示方案的选择
3系统设计与分析
3.1 整体系统设计分析
3.2 主控电路设计
3.3 显示模块
3.4HX711称重模块
3.5 ESP8266-WIFI模块
4 系统程序设计
4.1 编程软件介绍
4.2 主程序流程设计
4.3 按键函数流程设计
4.4 显示函数流程设计
4.5 处理函数流程设计
5 实物调试
5.1 电路焊接总图
5.2 WiFi模块配网
5.3 设置阈值实物测试
5.4 打盹测试实物测试
5.4 距离靠近实物测试
6 仿真调试
6.1仿真总体设计
6.2设置阈值仿真测试
6.3 距离过近仿真测试
6.5 压力打盹测试仿真测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
在当今教育环境中，课堂效率对于学生的学习成果至关重要，但学生在课堂上打瞌睡的现象屡见不鲜，这不仅影响学生自身学习进度和成绩，也对整个课堂教学氛围和效果产生负面影响。随着科技不断发展，单片机技术日益成熟，各种传感器性能不断提升，为开发智能课堂防睡装置提供了技术基础，同时教育界对于提高课堂效率、关注学生学习状态的需求也越来越强烈。因此，设计一种基于单片机的智能课堂防睡装置具有重要的现实意义。其实际意义在于：一是提高学生学习效率，智能课堂防睡装置能及时检测学生打盹状态并通过震动提醒学生保持清醒，有助于学生集中注意力，提高课堂学习效率和质量，为后续学习打下坚实基础；二是改善课堂教学氛围，减少学生打瞌睡现象，营造积极向上的课堂环境，便于教师更好地开展教学活动；三是便于教师和家长管理，通过 WIFI 模块，教师和家长可实时了解学生课堂状态，有助于教师调整教学策略，关注学生个体差异，家长也能更好地了解孩子学习情况，共同促进学生成长；四是推动教育智能化发展，基于单片机的智能课堂防睡装置是教育智能化的具体体现，将先进技术应用于教育领域，为教育创新和发展提供新的思路和方法，也为未来教育发展趋势提供方向，有望推动教育向更加智能化、个性化方向发展。
1.2 国内外研究现状
在国外，对智能课堂管理和学生注意力监测的研究起步相对较早。一些先进的教育技术公司和科研机构投入了大量的资源进行相关设备的研发。例如，部分国家推出了基于脑电波监测的学生注意力检测系统，学生通过佩戴特殊的头盔或传感器，能够实时监测脑电波的变化情况，以此来精准判断学生的注意力状态。还有一些国家利用先进的图像识别技术，借助摄像头对学生的面部表情和行为进行细致分析，从而确定学生是否在认真听讲或者出现打瞌睡等情况。此外，不少国家积极探索将物联网技术应用于课堂管理领域，通过各种精密的传感器和高效的无线通信技术，实现对课堂环境以及学生状态的实时监测和控制，为提升课堂教学质量提供了有力的技术支持。
在国内，智能课堂防睡装置方面的研究也在不断深入发展。目前，许多高校和科研机构已经敏锐地察觉到这一领域的重要性，并积极开展相关的研究和开发工作。例如，有的研究团队充分利用单片机和传感器技术，成功开发出了具有重量检测、距离检测和震动提醒等多种功能的智能课堂防睡装置。同时，随着国内物联网技术的飞速发展，一些具有创新精神的企业也开始涉足智能课堂管理领域，推出了基于 WIFI 或蓝牙通信的智能设备，这些设备可以实现学生状态的远程监测和管理，为教师和家长提供了更加便捷的了解学生课堂状态的途径。此外，国内的一些教育部门和学校也在积极探索引入智能课堂管理系统，期望通过这些先进的技术手段提高课堂教学效率和质量。
总体而言，国内外在智能课堂防睡装置和学生注意力监测方面的研究都取得了一定的成果。然而，目前仍然存在一些问题和挑战。一方面，设备的准确性和稳定性还有待进一步提高。在实际应用中，由于各种因素的影响，可能会出现误判或者不稳定的情况。另一方面，成本较高也是一个制约因素，使得这些智能设备的普及难度较大。此外，设备的使用便捷性、数据的安全性等方面也需要不断改进和完善。未来，随着技术的不断进步和成本的不断降低，智能课堂防睡装置有望在教育领域得到更广泛的应用。同时，随着人工智能、大数据等技术的不断融合，智能课堂管理系统将会变得更加智能化、个性化，为提高教育教学质量发挥更大的作用。
1.3 课题主要内容
本设计是基于单片机的智能课堂防睡装置，主要实现以下功能：
通过超声波传感器检测学生与桌面的距离
通过压力传感器实现对学生打盹时给桌面的压力检测
通过oled显示采集到的数据
通过按键设置阈值，当数据超过自定义阈值，坐垫，手环将开始振动
通过WiFi模块连接手机小程序，实现远程查看
