計步式鬧醒裝置

朱友明 王子范 徐晨皓

學生上學通常要早起，而陪讀的家長會起得更早。有時如果學生一人在家，起床就全靠鬧鐘了。有的學生稍微賴床就會遲到，錯過老師精彩的講解。我們想設計一種鬧醒裝置，避免類似情況發(fā)生。

本裝置最大的特點是專為陪讀家長和學生量身訂做，可以很方便地戴在手腕上，就好似一只小巧的手環(huán)。每天早晨，在預先設定的鬧鐘響了之后，被叫醒人必須起床，并攜帶本裝置走50步，之后鬧鐘才會關閉，否則鬧鐘就會不停地響。

一、研究過程

（一）搜集資料

Micro：bit主板是一款超迷你可編程的主板。別看它小，但一塊主板上集成了2個可編程按鈕、1個蜂鳴器、1個麥克風、1個電子羅盤，內有加速度傳感器、1個USB接口、25個單色LED燈、藍牙等常用傳感器設備。此外，它還可外接電池盒，其底部有多個環(huán)孔連接器，可用于控制外接設備。

（二）問卷調查

本研究是否具有深入研究的必要性？我們擬好一份調查問卷，進行了調研工作。

本次共發(fā)放620份調查問卷，收回有效問卷598份。統(tǒng)計結果表明：很多人都沒有使用甚至不知曉眼動儀傳感器，也有很多人表示沒見過計步鬧鐘，覺得離自己太遠，不合實際。幾乎所有人都希望能研制出一款計步鬧鐘，解決學生上學遲到的問題。

二、設計原理

本裝置采用子母式主副無線聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)：戴在手腕上的是“鬧醒裝置”的副機部分，放在臥室床頭柜上的是“鬧醒裝置”的主機部分。

Micro：bit主板上的加速度傳感器感知被叫醒人已走動的步數(shù)，當達到編程設定的50步測量指標之后，會發(fā)出關閉鬧鐘的指令，確保被叫醒人起床。本裝置的計時部分可以通過網(wǎng)絡同步授時校準，走時準確可靠。特別要說明的是，本裝置代碼的編號得到了中科院軟件工程師的幫助。

三、編程制作

（一）編程方案

主板正面的25個單色（紅色）LED燈組成的點陣可顯示各種圖形，并且Micro：bit網(wǎng)站已預置很多常用圖像，比如心形、笑臉等。Micro：bit主板支持在線編程，無需下載編程軟件，方便簡單。

我使用了兩塊Micro：bit主板，一塊作為陪讀家長的手環(huán)裝置，另一塊作為鬧醒裝置的服務主機。

程序代碼分為基本功能代碼、時鐘顯示代碼、主副機的關聯(lián)三部分。為了讓陪讀家長的手環(huán)裝置和鬧醒裝置的服務主機有信號聯(lián)系，我們認真地學習了Micro：bit主板編程方法，經(jīng)過反復編寫、修改、調試、下載，確認基本沒有問題后，完成了最終的程序。

（二）制作過程

1.3D建模設計

2.3D打印組件

3.連接電路

4.編程數(shù)據(jù)優(yōu)化

我們收集的資料表明，15～45分貝是適合人類生存的最佳聲音環(huán)境，60分貝以上的聲音會干擾人們的正常生活與工作。在本項目中，我們將鬧鈴聲音設為49分貝。

四、創(chuàng)新點

（一）通過檢測行走的步數(shù)關閉響鈴來督促人們起床，利用Micro：bit主板自帶的加速度傳感器，通過編程檢測被叫醒人走過的步數(shù)。

（二）本鬧鈴裝置可一物多用。它配備紅外熱釋傳感器，當有人接近時，燈會自動增強亮度，滿足人們夜間照明的需要。另外，該裝置通過網(wǎng)絡同步授時校準，走時精準可靠。本裝置還可兼作家用藍牙音箱、智能臺燈、床頭燈。外觀精美，還能作為家里的藝術擺件。

（三）本鬧鈴裝置的手腕佩戴部分具有振動提醒模式，可用于檢查每天運動量的完成情況。如健走步數(shù)達5000步以上，或者舉啞鈴起蹲次數(shù)達60次以上，才會停止鬧鈴。

五、致謝

感謝江蘇省興化中學的朱老師，他給我的實驗研究提供了很多幫助和建議，指導我們購置電子元件、編寫程序等。感謝市科學技術協(xié)會、發(fā)明協(xié)會的領導及專家，給我們提出了中肯的意見與建議。最后，特別要感謝學校全體師生給予我們的幫助和鼓勵。（指導老師：朱石明）

專家點評

朱友明、王子范、徐晨皓等同學的計步式鬧醒裝置，是一件基于自己學習生活需要的小發(fā)明。

這項發(fā)明主要體現(xiàn)了幾位同學以下特點：

其一，具有良好的創(chuàng)新意識。當看到原有的鬧鐘確實還存在叫不醒人的實際情況，便想到了這個只有當使用者邁開腿達到一定的步數(shù)才能停止鬧醒的裝置，讓人在忍俊不禁中感受到作品創(chuàng)新的精妙之處。

其二，體現(xiàn)了三位發(fā)明人對創(chuàng)新實踐的內在追求。本來，進入高中階段，學習內容多、任務重、時間緊、壓力大，在這種氛圍中還能擠出一部分時間完成這個作品，是需要勇氣和膽量的。

其三，具有一定的技術應用能力。這個作品用起來方便有趣，但要完成好，需要具備相關開源軟件、傳感器、人工智能、3D打印等一系列知識與技術應用的本領。

值得指出的是，同學們創(chuàng)新的視域可以更廣闊、更長遠。如選取其他更富有積極意義而不是這種學習生活“內卷”的項目，可能更利于自己的創(chuàng)新發(fā)展。

（欄目編輯? 秦銀銀）