強(qiáng)制起床輔助設(shè)備設(shè)計(jì)研究

孫敏?謝凱歌?王書(shū)樂(lè)

摘? 要：在當(dāng)今社會(huì)，人們生活節(jié)奏不斷加快，鬧鐘是人們生活中最常用的電子設(shè)備，尤其是對(duì)于上班族和學(xué)生而言，鬧鐘是提醒大家按時(shí)起床去工作或?qū)W習(xí)的重要工具。設(shè)計(jì)了一款強(qiáng)制起床輔助設(shè)備，將鬧鐘與體重秤完美結(jié)合，使電子體重秤的單一功能變成多種功能。最重要的是踩踏關(guān)閉式鬧鐘必須是人完全直立站立在此設(shè)備上一定時(shí)間才可以停止，能有效地避免人們睡“回籠覺(jué)”。與普通鬧鐘裝置的工作實(shí)驗(yàn)對(duì)比，驗(yàn)證了該裝置在對(duì)使用者起床喚醒中能達(dá)到更好的效果。

關(guān)鍵詞：鬧鐘;踩踏關(guān)閉;防側(cè)翻;傳感器;起床喚醒

中圖分類號(hào)：TP368? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2096-4706（2022）06-0155-05

Design and Research on Forced Wake-Up Auxiliary Device

SUN Min， XIE Kaige， WANG Shule

（Shandong Huayu University of Technology， Dezhou? 253034， China）

Abstract： In today’s society， the pace of people’s life is accelerating. The alarm clock is the most commonly used electronic equipment in people’s life. Especially for office workers and students， the alarm clock is an important tool to remind everyone to get up on time to work or study. A forced wake-up auxiliary device is designed. The perfect combination of alarm clock and scale makes the single function of electronic scale into multiple functions. The most important thing is that the treading off alarm clock must be completely upright and can be stopped only after standing on the equipment for a certain time， which can effectively prevent people from sleeping “back to sleep”. Compared with the working experiment of ordinary alarm clock device， it is verified that the device can achieve better effect in waking up for users.

Keywords： alarm clock; trample off; anti rollover; sensor; wake up

0? 引? 言

本設(shè)備為強(qiáng)制起床輔助設(shè)備，致力于解決大部分上班族和學(xué)生在鬧鈴響后便會(huì)關(guān)上鬧鐘繼續(xù)倒頭呼呼大睡，進(jìn)而造成起床困難這一大問(wèn)題。由鬧鐘和電子體重秤相結(jié)合，使其具備踩踏式關(guān)閉、一機(jī)多用的功能。另外本設(shè)備采用側(cè)面邊框與地面形成的夾角小于90度，即稱體側(cè)面剖析圖呈等腰梯形，解決了現(xiàn)有的電子體重秤容易發(fā)生側(cè)翻從而導(dǎo)致用戶摔倒而發(fā)生不必要的安全事故的技術(shù)問(wèn)題。本創(chuàng)新設(shè)備結(jié)構(gòu)涉及合理，可使得人們睡“回籠覺(jué)”的概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)降低。

現(xiàn)有技術(shù)中，使用最廣泛的鬧鐘無(wú)非是手機(jī)等智能設(shè)備上設(shè)置鬧鈴任務(wù)和使用床頭鬧鐘裝置。然而這兩種鬧鐘的關(guān)閉方式都非常簡(jiǎn)單，只需要點(diǎn)擊屏幕或按下按鈕。這樣簡(jiǎn)單的關(guān)閉方式對(duì)于大部分上班族或?qū)W生來(lái)說(shuō)很難從睡夢(mèng)惺忪狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榍逍褷顟B(tài)。而且對(duì)于上班族和學(xué)生來(lái)說(shuō)，每天早起上班或者上學(xué)是一件很勞累的事情，早晨往往想多睡一會(huì)，點(diǎn)擊屏幕和按下按鈕的關(guān)閉方式常常容易誤操作，這樣可能會(huì)導(dǎo)致上班族和學(xué)生的遲到。

另外，電子體重秤是指可以具體準(zhǔn)確地告訴人們有關(guān)體重信息的稱體，現(xiàn)有技術(shù)中電子體重秤只有這一種功能。功能單一，無(wú)法滿足人們的日常生活需求。且現(xiàn)有技術(shù)中并不存在一種強(qiáng)制起床輔助設(shè)備。

1? 總體技術(shù)方案

本創(chuàng)新設(shè)備的實(shí)施例提供一種強(qiáng)制起床輔助設(shè)備的實(shí)現(xiàn)方法及裝置，能夠更加便利地為用戶提供鬧鐘功能，簡(jiǎn)化用戶操作。為達(dá)到上述目的，本創(chuàng)新設(shè)備的實(shí)施例總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示，本創(chuàng)新設(shè)備的實(shí)施例采用如下技術(shù)方案：

一種強(qiáng)制起床輔助設(shè)備，包括（1）殼體，所述的殼體上設(shè)置有一腳型踩踏區(qū);（2）主控制器;（3）壓力感應(yīng)裝置，所述的壓力感應(yīng)裝置附著在腳型踩踏區(qū)下，所述的壓力感應(yīng)裝置將檢測(cè)到的體重壓力信息傳遞給主控制器;（4）帶有鬧時(shí)功能的鬧鐘，所述的鬧鐘將時(shí)間信息傳遞給主控制器。

所述的鬧鐘包含一響鈴裝置、一開(kāi)關(guān)電路，所述的開(kāi)關(guān)電路包含一可上下移動(dòng)的第一線路，所述的第一線路附著在一復(fù)位彈簧上，所述的復(fù)位彈簧為非金屬材質(zhì)，所述的復(fù)位彈簧位于腳型踩踏區(qū)正下方;所述的響鈴裝置連接主控制器，所述的鬧鐘將響鈴信息傳遞給主控制器;

所述的殼體上還設(shè)置有第一顯示屏和第二顯示屏，所述的第一顯示屏和第二顯示屏分別與主控制器連接，所述的第一顯示屏用于顯示體重質(zhì)量信息，所述的第二顯示屏用于顯示鬧鐘時(shí)間信息。

進(jìn)一步的，所述的殼體包含有面板和底殼;所述的殼體側(cè)面上還設(shè)有USB接口，底殼四個(gè)角上設(shè)有四個(gè)秤腳，在秤腳上設(shè)有秤腳防滑墊，底殼中間部位設(shè)有響鈴裝置，所述響鈴裝置的上方從左到右依次設(shè)置有時(shí)間增大旋鈕、時(shí)間減小旋鈕和時(shí)間設(shè)定旋鈕，通過(guò)這三個(gè)旋鈕可以對(duì)所述鬧鐘進(jìn)行時(shí)間上的設(shè)置，具體包含鬧鐘進(jìn)行鬧時(shí)的開(kāi)始時(shí)間，鬧鐘鬧時(shí)所持續(xù)的時(shí)間閾值。所述底殼的右上方還設(shè)置有鬧鐘的開(kāi)關(guān)按鈕。

同時(shí)所述設(shè)備還具備鈴聲存儲(chǔ)功能，可以通過(guò)USB接口連接到電腦下載鈴聲到此設(shè)備里，進(jìn)而進(jìn)行鈴聲設(shè)置。

應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本創(chuàng)新設(shè)備，并不用于限定本創(chuàng)新設(shè)備。

2? 硬件技術(shù)

2.1? 主控制系統(tǒng)

踩踏關(guān)閉的電子體重秤式鬧鐘即強(qiáng)制起床輔助設(shè)備把傳統(tǒng)鬧鐘的功能集成到電子體重秤上，此創(chuàng)新設(shè)備內(nèi)部主要包括主控制器、響鈴裝置和壓力感應(yīng)單元，其中主控制器分別連接響鈴裝置和壓力感應(yīng)單元，響鈴裝置在到達(dá)設(shè)定時(shí)間發(fā)出響鈴聲音，若想關(guān)閉此鬧鈴，需要站立在所述本體面板的踩踏區(qū)一定的時(shí)間（可自己設(shè)置秒數(shù)），人體的重力壓迫復(fù)位彈簧，復(fù)位彈簧將開(kāi)關(guān)電路中的第一線路帶動(dòng)，從而破壞開(kāi)關(guān)電路的閉合性，使鬧鐘斷電從而不能發(fā)出報(bào)警的聲響。當(dāng)人離開(kāi)時(shí)，復(fù)位彈簧又將第一線路帶動(dòng)恢復(fù)開(kāi)關(guān)電路的閉合性，同時(shí)可以在預(yù)先在主控制期內(nèi)設(shè)置鬧鐘響鈴的時(shí)間經(jīng)過(guò)閾值，通常設(shè)置為30 s～60 s之間，而后鬧鐘因?yàn)轫戔彆r(shí)間經(jīng)過(guò)而無(wú)法再次發(fā)出報(bào)警的聲音，否則因?yàn)闀r(shí)間閾值沒(méi)有經(jīng)過(guò)，鬧鐘將持續(xù)進(jìn)行響鈴，逼迫人們必須在設(shè)備上站立一定的時(shí)間才能將鬧鐘停止。此創(chuàng)新設(shè)備的主控制器主要以單片機(jī)STC90C52RC控制核心，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的基本控制功能，主控制系統(tǒng)原理示意圖2所示。

2.2? 防側(cè)翻結(jié)構(gòu)

所述底殼在與秤腳的位置對(duì)應(yīng)處設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)設(shè)置有防滑墊，并且將防滑墊進(jìn)行加大，從而使得防滑墊防滑效果好。另外稱體側(cè)面邊框與地面形成的夾角小于90°，即稱體側(cè)面剖析圖呈等腰梯形，而相應(yīng)的，底殼的面積大于面板的面積，體重秤整體穩(wěn)定性高，當(dāng)用戶站于面板的邊緣，由于底殼的結(jié)構(gòu)設(shè)置使得電子體重秤的翻轉(zhuǎn)力矩朝向體重秤的中心處，從而保證體重秤在使用時(shí)不會(huì)發(fā)生側(cè)翻，使用安全性能高。整體設(shè)備3D模擬圖如下圖3所示。

3? 軟件設(shè)計(jì)

3.1 主控制系統(tǒng)的軟件組成

主控制系統(tǒng)的軟件主要包括單片機(jī)軟件，單片機(jī)軟件功能包括：

（1）獲取壓力感應(yīng)單元采集的踩踏區(qū)所承受質(zhì)量的數(shù)據(jù);

（2）處理踩踏區(qū)所承受質(zhì)量的數(shù)據(jù)，得到體重信息;

（3）把得到的體重信息與存儲(chǔ)模塊中的預(yù)設(shè)體重信息進(jìn)行比對(duì);

（4）把得到的質(zhì)量比對(duì)信息送回主控制器模塊;

（5）設(shè)置響鈴裝置的響鈴時(shí)間;

（6）記錄踩踏區(qū)所承受一定質(zhì)量的時(shí)間;

（7）處理踩踏區(qū)所承受一定質(zhì)量的時(shí)間數(shù)據(jù)，得到時(shí)間信息;

（8）把得到的時(shí)間信息與存儲(chǔ)模塊中的預(yù)設(shè)時(shí)間信息進(jìn)行比對(duì);

（9）把得到的時(shí)間比對(duì)信息送回主控制器模塊;

（10）存儲(chǔ)預(yù)設(shè)時(shí)間、質(zhì)量、鬧鈴聲、響鈴時(shí)間等;

（11）其他必要的管理功能，如單片機(jī)管腳設(shè)置等。

3.2? 軟件系統(tǒng)的流程設(shè)計(jì)

系統(tǒng)程序開(kāi)始電源后單片機(jī)STC90C52RC會(huì)啟動(dòng)主控制系統(tǒng)、時(shí)間模塊初始化程序、壓力感應(yīng)單元校正、第二顯示屏實(shí)時(shí)顯示時(shí)間信息，根據(jù)主控制器的控制，實(shí)現(xiàn)測(cè)量體重、顯示時(shí)間、鬧鐘鬧時(shí)、鬧鐘關(guān)閉等功能的執(zhí)行。系統(tǒng)工作流程圖如圖4所示。

3.3 部分軟件程序

（1）開(kāi)機(jī)自檢eeprom初始化，具體設(shè)置如下：

void init_eeprom（）

{

read_eeprom（）; //先讀EEPROM的數(shù)據(jù)

if（a_a ！= 1） //新的單片機(jī)初始單片機(jī)內(nèi)問(wèn)eeprom

{

GapValue? = 3500; //如果是新單片機(jī)，就把校準(zhǔn)值初始化成3500

Weight_Maopi=1000; //傳感器自重設(shè)置為1000

a_a = 1; //判斷新單片機(jī)的變量置1，下次開(kāi)機(jī)就知道這個(gè)單片機(jī)已經(jīng)寫(xiě)好EEPROM數(shù)據(jù)了

write_eeprom（）; ? ?//保存數(shù)據(jù)

}

}

（2）把數(shù)據(jù)保存到單片機(jī)內(nèi)部eeprom中，具體設(shè)置如下：

void write_eeprom（）

{

SectorErase（0x2000）; //擦除扇區(qū)

GapValue1=GapValue&0x00ff; ////將校準(zhǔn)值的變量低八位提取出來(lái)

byte_write（0x2000， GapValue1）; //保存低八位到EEPROM

GapValue1=（GapValue&0xff00）>>8; //將高八位右移八位

byte_write（0x2001， GapValue1）; //將高八位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到EEPROM

pz=Weight_Maopi&0x0000ff; //將傳感器自重的低八位提取出來(lái)

byte_write（0x2002， pz）; //存儲(chǔ)到EEPROM

pz=（Weight_Maopi&0x00ff00）>>8; //中間八位提取出來(lái)

byte_write（0x2003， pz）;

pz=（Weight_Maopi&0xff0000）>>16; //高八位提取出來(lái)

byte_write（0x2004， pz）;

byte_write（0x2060， a_a）; //將a_a存儲(chǔ)進(jìn)單片機(jī)，這個(gè)變量是識(shí)別這是否是一個(gè)新單片機(jī)的，如果是新單片機(jī)，就將這個(gè)值賦1寫(xiě)進(jìn)EEPROM

}

（3）把數(shù)據(jù)從單片機(jī)內(nèi)部eeprom中讀出來(lái)，具體設(shè)置如下：

void init_eeprom（）

{

read_eeprom（）; //先讀EEPROM的數(shù)據(jù)

if（a_a ！= 1） //新的單片機(jī)初始單片機(jī)內(nèi)問(wèn)eeprom

{

GapValue? = 3500; //如果是新單片機(jī)，就把校準(zhǔn)值初始化成3500

Weight_Maopi=1000; //傳感器自重設(shè)置為1000

a_a = 1; //判斷新單片機(jī)的變量置1，下次開(kāi)機(jī)就知道這個(gè)單片機(jī)已經(jīng)寫(xiě)好EEPROM數(shù)據(jù)了

write_eeprom（）; ? ?//保存數(shù)據(jù)

} }

（4）顯示重量，單位kg，3位整數(shù)，1位小數(shù)，具體設(shè)置如下：

void Display_Weight（）

{ LCD1602_write_com（0x80）; ? //地址

LCD1602_write_word（"W："）; ? //顯示W(wǎng)

if（Weight_Shiwu%1000000/100000！=0） ? //判斷最高位是否不等于0，不等于0的話就顯示，等于0就不顯示這一位

LCD1602_write_data（Weight_Shiwu%1000000/100000 + 0x30）;? //重量數(shù)據(jù)%1000000/100000得到要顯示的數(shù)據(jù)

else

LCD1602_write_data（' '）; ? //顯示空白

if（Weight_Shiwu%1000000/10000！=0）

LCD1602_write_data（Weight_Shiwu%100000/10000 + 0x30）;

else

LCD1602_write_data（' '）;

LCD1602_write_data（Weight_Shiwu%10000/1000 + 0x30）;

LCD1602_write_data（'.'）;

LCD1602_write_data（Weight_Shiwu%1000/100 + 0x30）;

LCD1602_write_data（'k'）; //顯示kg

LCD1602_write_data（'g'）;}

（5）延時(shí)函數(shù)，具體設(shè)置如下：

//****************************************************

void Delay__hx711_us（void）

{

_nop_（）;

_nop_（）;

}

（6）讀取HX711，具體設(shè)置如下：

//****************************************************

unsigned long HX711_Read（void） //增益128

{

unsigned long count;

unsigned char i;

HX711_DOUT=1;

Delay__hx711_us（）;

HX711_SCK=0;

count=0;

while（HX711_DOUT）;

for（i=0;i<24;i++）

{

HX711_SCK=1;

count=count<<1;

HX711_SCK=0;

if（HX711_DOUT）

count++;

}

HX711_SCK=1;

count=count^0x800000;//第25個(gè)脈沖下降沿來(lái)時(shí)，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)

Delay__hx711_us（）;

HX711_SCK=0;

return（count）;

}

4? 結(jié)? 論

本創(chuàng)新設(shè)備在鬧鐘響起后只有使用者下床站立在踩踏區(qū)一定時(shí)間（可自行設(shè)置）后才能將鬧鐘鈴聲關(guān)閉，從而避免了上班族和學(xué)生偷懶不起床的現(xiàn)象以及上班族和學(xué)生睡“回籠覺(jué)”的發(fā)生，而人們?cè)谄鸫舱玖⒃诓忍^(qū)后往往就會(huì)較為為清醒，具有很好的起床喚醒效果，而且使用較為方便。另外本設(shè)備還解決了現(xiàn)有的電子體重秤容易發(fā)生側(cè)翻從而導(dǎo)致用戶摔倒而發(fā)生不必要的安全事故的技術(shù)問(wèn)題，使得一物兩用，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理、使用安全性能高、實(shí)用性強(qiáng)等積極效果，值得廣泛推廣和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：孫敏（2001.10—），女，漢族，山東臨沂人，本科在讀，研究方向：網(wǎng)絡(luò)工程;謝凱歌（2001.12—），男，漢族，山東臨沂人，本科在讀，研究方向：網(wǎng)絡(luò)工程;通訊作者：王書(shū)樂(lè)（1992.01—），女，漢族，山東德州人，助教，碩士研究生，研究方向：教育學(xué)。

收稿日期：2022-02-15

基金項(xiàng)目：2021年度大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（X202113857030）