后疫情时代背景下的智能公筷系统设计_王凯翔.pdf
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1、第 卷 第 期 年 月北京服装学院学报(自然科学版)():后疫情时代背景下的智能公筷系统设计王凯翔,王春蓬(北京服装学院艺术设计学院,北京)摘 要:在新冠疫情背景下,社会就餐环境中人们使用公筷进行分餐的习惯正在养成。智能公筷系统的设计初衷是要解决以颜色或者造型不同为基础的,以用餐者主观辨识为方法的传统公筷使用上难以解决的“公筷私用”等问题。其主体构成分为筷子与筷筒两个部分,系统各部分的功能模块可智能判断用餐者的行为趋势,光源及蜂鸣器作为提示方式。智能公筷可达到有效阻止公筷私用行为的目的。关键词:智能公筷;用餐安全;功能设计;系统设计中图分类号:文献标志码:文章编号:()收稿日期:基金项目:国家
2、重点研发计划课题“中国风格产品设计方法验证与行业应用示范”()作者简介:王凯翔(),男,实验师;:。通信作者:王春蓬(),男,实验师;:。始于 年底的新型冠状肺炎发展到现在,对社会各个领域的影响都是巨大的,其中尤其以公共餐饮业为甚。由于公共餐饮固有的社交属性,因此,即使在疫情复杂多变的情况下,仍然无法绝对避免聚餐活动,这就对就餐的安全保障提出了更高的要求。三年来,大量消费者的餐饮习惯都因为疫情的不断发展而发生改变,其中最主要的就是越来越重视公共筷子的使用。公筷为合理的聚餐活动提供了基本的用餐安全保障。公筷的使用,不仅能够有效阻止呼吸道疾病的传播,更可以预防如幽门螺杆菌、甲肝等消化道疾病的传播。
3、虽然生活中民众对公筷作用的认可已经相当普遍,但是传统公筷在使用中所存在的问题也很多,其中最为典型的就是公筷私用的行为。目前,各公共餐饮环境中所提供的公筷,都是基于普通筷子而来的,往往只是通过颜色或者款式的不同来与私用筷子进行视觉或者触觉上的区分,公筷与私筷的辨别主要依靠用餐者个人的主观判断来完成。就这类传统公筷而言,归根到底仍然只是普通筷子的功能扩展,在使用过程中公筷本身并不具备客观的使用判断及提示功能。多数人在用餐之初还能从主观的角度出发,注意公私筷子的区别,随着用餐时间持续,就餐环境中各种干扰因素的出现,经常会造成公私筷子使用上的疏忽,这期间如果用餐者自己没有及时注意到,并且没有旁边的人员
4、进行提醒的话,就会出现公筷私用的现象,直接造成公筷分餐的效果大打折扣,原本的公筷使用也就失去了其本身的价值和意义。因此,在后疫情时代背景下,将公共筷子进行智能化设计,就成了一个值得研究和设计的方向。智能公筷系统的主体结构公共筷子的智能化设计,主要体现在能够根据用餐人员的使用行为进行主动判断、主动提示和主动报警等相关层面上,从而解决因为各种原因造成的用餐者将普通公筷误判为私筷的根本性问题,打破传统公筷的使用局限性。智能化的公筷系统是以 为主控芯片来构建完成的,结构上可以分为筷体与筷筒两个主要组成部分。这 个部分之间由充电、数据交换、姿态检测、信息处理、视、听觉提醒等几个部分组成,主要涉及的元器件
5、有:唐山宏佳电子科技有限公司基于 芯片生产的型号为 的蓝牙模块,采用 的 原装贴片制作的陀螺仪模块,苏州能斯达电子科技有限公司生产的 电阻式薄膜压北京服装学院学报(自然科学版)年力传感器,以及 封装的 单片机。将各部分元件分别置于筷子本身与筷子筒的内层中,两者之间互为依托,进行数据交换与处理,并根据实际情况来判断是否需要进行光学提示和听觉报警,其结构与数据处理逻辑框架示意如图 所示。图 智能公筷系统数据处理框架示意图 .筷体的设计筷体的设计是整个公筷系统的核心,其主要担负着筷子地使用过程中对其使用状态的检测工作,并根据相关数据进行结果认定,最后决定是否进行视觉和听觉的提醒与警示。筷子平时放置于
6、筷筒中处于充电状态,拿离筷筒后各部分传感器的数据汇总到数据处理模块完成行为判断后确定是否执行对应的设计功能。其结构示意如图 所示。图 筷体内部结构示意图 .筷筒的设计筷筒的设计主要是完成公筷系统的数据处理及一些辅助功能,其本身由外接电源或电池进行供电,通过无线充电模块为筷体电池进行充电,通过蓝牙模块、数据处理模块与筷体之间进行数据交换与处理等。其结构示意如图 所示。图 筷筒结构示意图 智能公筷系统主要功能模块的设计与分析 智能公筷系统的开发是构建于数字技术基础之上,以 为编译工具,使用 语言完成程序功能设计的一套人机交互的系统原型,设计实物原型如图 所示。图 智能公筷原型照片 第 期 王凯翔等
7、:后疫情时代背景下的智能公筷系统设计核心部分包括距离检测、压力感知、倾角检测、报警提示等几个功能模块,以下是几个核心模块的设计原理及程序流程分析。.“距离检测”功能模块的原理及程序流程分析筷子置于筷筒之中整体位移时,由于两者之间相对位置保持不变,不会触发相关功能模块。如果公筷被拿出并准备使用时,必然会随手的动作发生位移,筷子本身与筷筒之间的相对距离会不断发生变化;如果用户暂时将公筷搁置不用,筷子与筷筒之间的距离则会保持不变,因此,系统可以通过“距离检测”功能来完成这 种可能性的检测与判断。如果检测结果发现两者之间距离处于实时改变的情况下,则公筷进入备用状态;若两者距离相对不变并持续一定时间时,
8、系统会判定公筷正被闲置,从而进入待机状态,再次发生距离改变时,则重新进入备用状态。流程图如图 所示。“距离检测”的功能可以由分别置于筷筒与筷体之中的,经过配对后形成主、从关系进行数据相互传输的 个蓝牙模块来完成。原理是根据蓝牙信号传输强弱变化,即:值的变化来进行距离判定,蓝牙信号强度与距离关系可以表达为 ()()式中:为传输节点之间距离 时接收端的 值;为环境衰减因子,即距离对信号衰减的影响速率;为节点距离值。此环节只需要判断距离是否发生改变即可,之后再结合变化持续时间来确定是否开启下一项关联功能。考虑到用餐过程中,公筷与筷筒之间的距离不会产生过大的变化,因此,在进行 数据检测实验时,将变化距
9、离限制在 之内,设计了 组数据的检测,每组数据检测 次,去掉其中波动较大的数据后,再取平均值作为 的值,其结果如表 所示。表 值与距离关系的实验数据 组数距离 .由表 数据可以看出,在 范围内的蓝牙信号传输强度会随着距离的变化而不断改变,基于此可以完成距离变化的检测工作,并根据结果由系统判断后续操作。另外,如果使用者将筷子拿到距离筷筒较远或距离超过 的位置时,系统可以直接触发报警提示。实现其功能的程序流程如图 所示。图 通过蓝牙进行“距离变化检测”的功能程序流程图 “”.“压力感知”功能模块的原理与程序流程分析当公筷系统成功进入开机备用状态的时候,会触发“压力感知”功能的开启,若回到待机状态,
10、则会关闭该功能,以免出现系统误判的情况。用户使用筷子获取食物后,系统会通过检测筷子头部的压力变化来决定是否开启下一个功能环节,若没有获取食物,则保持当前状态继续待机。该模块使用电阻式薄膜压力传感器来进行压力检测,传感器将施加的压力转换为对应的电阻阻值,再根据阻值的变化来进行压力的换算及处理,如此就可以方便地获取压力的大小,其压力与阻值之间的对应曲线如图 所示。理论上说,处于筷子头部的压力传感器只要检测到压力数值变化,系统就可以进入下一个功能判断过程了,不过实际用餐环境中,筷子经常处于闭合而没有夹取任何食物的状况,但此时筷子头的压力也会发生变化,因此,要正确判断当前筷子是否获取了食物成为关键问题
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