【报名阶段需要填写的内容】

1. 参赛者姓名（必填项）：李成林，周浩

2. 单位或学校名称（必填项）：中国地质大学（武汉）

3. 当前职务或职称（必填项）：研究生

4. 参赛作品的名字（必填项）：基于STM32的自闭症儿童互动产品设计

5. 简要陈述您的idea和作品（必填项）：

      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。对于这一问题，世界各地的研究者们不断地研究多种对自闭症儿童进行康复训练的技术方法。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，因此，此次设计主要针对4~6岁的自闭症儿童。
      此次通过对国内外市场上自闭症儿童产品进行现状分析，结合自闭症儿童的认知特征水平，在现有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。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。
      希望此款集美观性、实用性、快乐性于一体，结合智能硬件的互动产品，能以其新颖独特的使用方式，帮助自闭症儿童提升认知能力，更好地融入到社会生活中。

6. 拟用到的立创商城在售物料（必填项）：

STM32F103C8T6芯片、MF RC522芯片、AMS1117-5.0芯片、AMS1117-3.3芯片、喇叭、电容、电阻、排针、LED、晶振、按键、杜邦线

7. 拟用到的非立创商城物料或其它补充（必填项）：

JQ8900语音模块、不织布

【作品正式发表（报名成功后进入设计阶段）需要填写的内容】

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。

1.1 外观造型设计

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.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。

图2.1

 

图2.2

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。

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（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。

名称	数量	名称	数量
STMF103C8T6核心板	1	RC522射频模块	4
13.56MHz感应模块	4	锂电池	1
JQ8900语音模块	1	喇叭	1

五、软件部分的描述（选填）

 

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。

https://v.qq.com/x/page/u053570gq8m.html  （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 https://v.qq.com/x/page/o0541h4qo4z.html 。

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~~

很棒的设计，希望能真正帮到那些孩子们！