#第二届立创大赛#基于STM32的自闭症儿童互动产品设计 - 立创电子设计大赛

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第二届立创电子设计大赛

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一、作品简介 1. 作品概括说明 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。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/zGnZ0ZrNPZeUEZvtDrRVQBpXzW1WBrQKtYpVMx2m.png" alt=""> 1.1 外观造型设计 整体效果图： <img src="//image.lceda.cn/pullimage/Gk3k20yuYinK0iPeplLnHlYJOG3kCmg0eIZqV2rh.jpeg" alt="" width="1040" height="780"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/yg1kzXO9Gb9TOggHTHadijrqTknpr6uUVK0a5f8y.jpeg" alt="" width="900" height="784"> 配对人物： <img src="//image.lceda.cn/pullimage/2RSQlA1WUEAGGLQEn7INAgu1hDe57Y5y2NLOnwwr.png" alt="" width="900" height="332"> 配对场景和完整场景： <img src="//image.lceda.cn/pullimage/3LeyPMkoEOrg0dvYkD21TalgdcDaWWS5MzORvyyA.png" alt="" width="900" height="777"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/jdnpaJHGLg72XH3nWbDFyj6TBo4WZwwg8bYd1E5Y.png" alt=""> 细节图： <img src="//image.lceda.cn/pullimage/SOu1gT1x0bnAAvRYfB0Kxl1fzlVu17FrePHfXa1h.png" alt="" width="900" height="450"> 使用说明图： <img src="//image.lceda.cn/pullimage/XLyBUSa9tyFfeBpaoNpgbtDB2rJgef2cWwYFOaGb.jpeg" alt="" width="900" height="384"> 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： <img src="//image.lceda.cn/pullimage/uNQWp9KrYCOSu7EZnw2ztAfrmYl1ZIzArs2p5vpg.jpeg" alt="" width="2448" height="1836"> 内部电路尺寸图： <img src="//image.lceda.cn/pullimage/TyJJ6Pxh9JdjNf4lpxMyyrp8JHKl8iRuOF5AJpY4.png" alt="" width="554" height="359"> 2.作品的研究背景、目的和功能、市场应用前景 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。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/YMLpOJc6nfpFCAQgDtSOj2fek8V2UMKHgs1Gyu7d.png" alt="" width="691" height="363"> <div style="font-weight: 400;"> 图2.1</div> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/xszA0ycTxRVE22NWHfSYQn4nrDH5HEIqrWmlAQHI.png" alt="" width="705" height="443"> 图2.2 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/d1VbzBfsnpA9GvbluRvJUtWbX5RGWAcuYcGjLPFF.png" alt="" width="1108" height="898"> 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. 作品在创新性、趣味性、实用性甚至公益性方面，有哪些亮点可体现？ 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。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/bhqsb44tAhvIprM5DQrIz1FWS52fXDz2rbgmhgdt.jpeg" alt="" width="1111" height="231"> 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 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/entgTXQq7BcxskWhRN2S7IgF59LBKbl9eecYmuHz.jpeg" alt="" width="795" height="446"> 三、硬件部分的描述 1. 硬件图示 Stm32核心板电路原理图： <img src="//image.lceda.cn/pullimage/N5KNgQqvjQC4BkMv3um0DEZvXARBUVeqdCEm7qDR.jpeg" alt="" width="1019" height="494"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/HCn0Jb1g1GKiezNZlVzWTdGVIHaZ4SZd1Lb32DtZ.jpeg" alt="" width="1012" height="422"> RC522射频模块原理图： <img src="//image.lceda.cn/pullimage/qPx1CLwrvaF3dzjy4E3Jvsh0Kv4bfpu99I0o6h9l.jpeg" alt="" width="1009" height="372"> JQ8900语音模块： <img src="//image.lceda.cn/pullimage/E7RU4fC76HtzejbIBD0uKtdiIMEsVvC363EpywMS.jpeg" alt="" width="1003" height="481"> 2. 该作品的实现原理、系统的工作过程（文字表述） 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) 列出您这个作品所用到的主要器件（关键器件即可），比如单片机&ARM芯片、专用集成芯片(ASIC)、传感器、功能模块等。 如果所列出的芯片是来自我们立创商城上的，最好能写出该器件的商品编号或附上对应购买链接。 <table style="font-weight: 400;"> <tr> <td width="142"> 名称 </td> <td width="142"> 数量 </td> <td width="142"> 名称 </td> <td width="142"> 数量 </td> </tr> <tr> <td width="142"> STMF103C8T6核心板 </td> <td width="142"> 1 </td> <td width="142"> RC522射频模块 </td> <td width="142"> 4 </td> </tr> <tr> <td width="142"> 13.56MHz感应模块 </td> <td width="142"> 4 </td> <td width="142"> 锂电池 </td> <td width="142"> 1 </td> </tr> <tr> <td width="142"> JQ8900语音模块 </td> <td width="142"> 1 </td> <td width="142"> 喇叭 </td> <td width="142"> 1 </td> </tr> </table> 五、软件部分的描述（选填） <img src="//image.lceda.cn/pullimage/LdChloKF8A3SOpUGDKMfDINXxxSK1uzfPRWPZ4QQ.png" alt="" width="185" height="312"> 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 请上传您的作品的功能演示到腾讯视频，并编辑到本楼（或附上视频链接）。按要求上传视频可获得5分，具体详见活动规则。 <a href="https://v.qq.com/x/page/u053570gq8m.html" target="_blank">https://v.qq.com/x/page/u053570gq8m.html</a> （由于视频名称上传字数有所限制，简化了名称，愿谅解。） 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。 这是测试声音的链接 <a href="https://v.qq.com/x/page/o0541h4qo4z.html" target="_blank">https://v.qq.com/x/page/o0541h4qo4z.html</a> 。 七、总结 例如您在完成该作品过程中的一些体会、碰到的技术问题或调试经验、作品的未来规划，及对我们主办方的建议和意见等。 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~~ <h4 style="font-weight: 400;">更多项目详情见链接：<a href="http://club.szlcsc.com/article/details_7500_1.html" target="_blank">http://club.szlcsc.com/article/details_7500_1.html</a> 本项目归立创社区“light”所有</h4>