基于藍牙技術的新型眼鏡設計及應用

桂林電子科技大學機電工程學院 彭 濤 劉東靜 樊亞松 梁海志 王思宇 曾 勇 杜潤嘉

1 引言

眼睛是心靈的窗戶，豐富多彩的世界需要我們用眼睛去感知和認識。作為一名深度近視患者，只有借助眼鏡才能感知世界的色彩。據(jù)衛(wèi)生組織調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在近視的高發(fā)群體從原來20歲左右逐漸下降到14歲以下，甚至有調(diào)查顯示蘇南女生近視率高達93%，這一結(jié)果是觸目驚心的[1]。中國少兒近視率成為世界第二問題不容忽視。佩戴近視眼鏡成了我們?nèi)粘Ｉ钪械囊环N常見現(xiàn)象。對于深度近視患者來講，尋找不到眼鏡時會有一種不安全感，尤其是光線不充足的情況下，如何快速尋找眼鏡放在何處成為亟待解決的難題。隨著科技的進步，藍牙技術走進了人們的視線，藍牙眼鏡應運而生。許多學者對藍牙眼鏡進行了研究，如萬華兵提出一種自拍藍牙眼鏡，通過藍牙與手機連接，具有自拍功能、音樂功能和通話功能。謝東慶提出一種骨傳導藍牙眼鏡，該方法解決了近視患者佩戴藍牙耳機裝飾性不好與接聽電話不方便的問題。張榮等人提出了智能運動藍牙眼鏡，通過在鏡腿上安裝指示燈、USB插孔和SD卡槽，以及開關/拍照按鍵及錄音/錄視頻按鍵等，讓戶外運動者便捷攜帶。本文針對近視患者在尋找眼鏡過程中遇到的難題，提出采用藍牙技術將報警提示和發(fā)光雙重定位集合于一體的結(jié)構設計裝置，給深度近視患者定位尋找眼鏡帶來福音。

2 藍牙技術

2.1 藍牙來源

“藍牙”一詞最早來源于一千多年前的某個丹麥皇帝的名字，他對四分五裂的瑞典、芬蘭、丹麥的統(tǒng)一有著不朽的功勞。瑞典Ericsson為這種即將成為全球通用的無線技術命此名，大有一統(tǒng)天下的含義[2]。

藍牙最早于1998年6月開始步入了標準化進程，并且在1999年7月在它的主頁（www.bluetooth.com）上公布了第一個技術規(guī)范，即藍牙1.0版規(guī)范。在此后的18年間，藍牙得以快速發(fā)展，據(jù)悉將要推出5.0版本。而藍牙能夠快速發(fā)展的主要原因是得益于它屬于一種低耗能無線連接技術，可以進行點對點的通信拓撲，主要用于跨設備流傳輸音頻、傳輸數(shù)據(jù)和廣播信息[3]。

2.2 藍牙的未來發(fā)展

藍牙從誕生到現(xiàn)在歷經(jīng)18年，但它的發(fā)展卻是迅速的，雖然在它誕生之后的5年內(nèi)，藍牙的發(fā)展不太盡如人意，但是就像諾基亞的一位專家總結(jié)所說的“也許我們在短期內(nèi)過高估計了藍牙發(fā)展成熟速度，但我認為，我們?nèi)匀贿^低的估計了藍牙長期的發(fā)展?jié)摿?。”事實證明，藍牙的發(fā)展確實如此。

對于未來藍牙的發(fā)展，漫游功能將被開發(fā)。對于目前的藍牙技術，它雖然可以在微網(wǎng)絡和擴大網(wǎng)之間進行切換，但每次切換都必須斷開與當前PAN連接，這將使得一些信息將不會斷開。同時藍牙的應用將會在智能家居、移動通信、網(wǎng)絡教育、汽車電子等大放異彩[4-9]。例如從2012～2020年，藍牙的無線通訊技術在智能家居的應用上，年復合增長上高達241%，應用內(nèi)容已經(jīng)高達86個應用藍牙技術，如門鎖、車庫、窗簾和廚房等，可以推測在智能家居的應用上，藍牙技術的功能將發(fā)揮的淋漓盡致。因此，在輕工業(yè)儀器儀表方面如眼鏡上，藍牙技術的前景必銳不可當。

3 藍牙眼鏡結(jié)構設計

3.1 設計介紹

眼鏡是近視患者不可缺少的日常生活用品。對于深度近視患者來講，戴上眼鏡，清晰可見；摘除眼鏡，霧里看花。尤其是晚上光線不充足的情況下，如何快速尋找眼鏡放在何處位置成為近視患者的困擾。本文正是針對這一問題，提出一種基于藍牙的眼鏡結(jié)構。該結(jié)構利用手機藍牙與眼鏡藍牙進行連接匹配定位，再在原有的眼鏡結(jié)構（鏡框體、鏡樁和鏡腿）上加入彈簧開關、電池、充電接口、LED燈、藍牙模塊、彈簧開關和蜂鳴器裝置。

3.2 結(jié)構組成

該藍牙眼鏡具體結(jié)構設計如圖1所示，其中圖1為彈簧開關，2為第一LED燈，3為第二LED燈 ，4為藍牙模塊， 5為電池 ，6為合頁鉸鏈， 7為蜂鳴器 ，8為充電接口， 9為鏡腿前段， 10為鏡腿后段， 11為鏡樁，12為鏡框體。

鏡腿在充電接口處被分成由合頁鉸鏈連接的前段和后段兩部分，前段與鏡樁鉸接，這樣摘下眼鏡后稍稍分開鏡腿兩段就可以使充電接口外露，方便充電。充電接口設在鏡腿前段與鏡腿后段相鄰的端頭，這樣做的好處是眼鏡處于佩戴時，充電接口隱藏于鏡腿，既保護了充電接口又不影響外觀。第一LED燈與第二LED燈發(fā)出色彩不同的光，這樣做的好處是更加醒目，便于尋找。電池為整個電路提供電能。彈簧開關設置在鏡腿的前段與鏡樁鉸接的端頭，在佩戴眼鏡時為斷開狀態(tài)；不戴眼鏡時為閉合狀態(tài)，佩戴眼鏡時彈簧開關受力擠壓時斷開，電路斷開；不戴眼鏡時不受力，彈簧開關自動彈出并閉合，電路導通，可以通過受力自動感知眼鏡是否處于佩戴狀態(tài)來自動啟、停電路。所述藍牙模塊具有藍牙發(fā)射、接受和指令處理等功能，本結(jié)構設計中采用藍牙4.0芯片來實現(xiàn)這些功能。鏡腿為眼鏡左右腿中的任意一個，本例為右腿，如圖2所示。眼鏡處于佩戴狀態(tài)時，鏡腿前段和鏡樁相互接觸受力使安裝在鏡腿前段上的彈簧開關受力并處于壓縮狀態(tài)，此時彈簧開關斷開，電路處于停止工作狀態(tài)；當摘下眼鏡時，鏡腿前段和鏡樁不再相互受力，此時彈簧開關自動彈出打開開關，啟動電路，同時藍牙模塊開啟藍牙，當需要尋找眼鏡時，打開手機藍牙和眼鏡藍牙進行連接，連接成功后通過手機發(fā)送指令藍牙模塊，藍牙模塊控制第一LED燈、第二LED燈閃爍發(fā)光和蜂鳴器鳴叫，快速確定眼鏡位置。

圖1 結(jié)構示意圖

圖2 鏡腿前段的結(jié)構示意圖

3.3 結(jié)構特色

該結(jié)構主要特色有三點，具體內(nèi)容如下：

(1)互換性強：本設計眼鏡鏡腿與鏡樁的連接是現(xiàn)有的鉸鏈連接，方便拆卸和安裝，因此可以將鏡腿安裝到各種眼鏡上，互換性、通用性強。

(2)自動化程度高：首先，在鏡腿上設置的彈簧開關，眼鏡佩戴時受力壓縮，開關處于關閉狀態(tài)，摘下眼鏡時，彈簧開關自動彈出啟動電路，開啟藍牙；不用設置專門的控制開關裝置。

(3)雙重定位：通過發(fā)光和發(fā)聲來感知定位，無論是白天還是晚上，定位效果大大提高。

4 結(jié)論

針對目前大多數(shù)深度近視患者在日常生活中摘下眼鏡后尋找眼鏡不便利的困擾，尤其是晚上光線比較弱的情況下，如何快速定位尋找眼鏡位置，成為亟待解決的問題。本文提出了一種集普通眼鏡框架、藍牙模塊、蜂鳴器、充電接口、彈簧開關和LED燈于一體的新型眼鏡結(jié)構，該結(jié)構通過手機與藍牙眼鏡進行連接匹配定位，使藍牙眼鏡上的蜂鳴器發(fā)出報警聲和LED燈珠發(fā)光提示，同時將此時眼鏡的距離反饋到手機上，進行雙重定位。該眼鏡結(jié)構具有互換性強、自動化程度高和雙重定位方便尋找的優(yōu)勢，給高度近視患者帶來福音。

[1]北京大學中國健康發(fā)展研究中心.國民健康視覺報告[M].2016,6.

[2]楊悅,劉超,陳永泰.藍牙技術及其原理[J].電信快報,2002(2):17-20.

[3]https://www.bluetooth.com/zh-cn.

[4]焦聘武.前景誘人的藍牙技術及其在遠程、移動、網(wǎng)絡教育中的應用展望[J].電化教育研究,2006,9:41-43.

[5]夏百戰(zhàn),何懷文,黃惠玲.一種基于手機藍牙的多功能教學輔助系統(tǒng)[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2010,21:34-36.

[6]陳宜建,楊全會,周利.基于藍牙技術的LED智能照明系統(tǒng)[J].信息技術,2016(10):88-90.

[7]于建鋒,顧平林,陳茜.藍牙技術在汽車中的應用[J].時代汽車,2017:15-16.

[8]蔡云騏.基于藍牙信標的k-means指紋定位算法研究[J].電子世界,2017:177-121.

[9]唐述強,梁本仁,王偉,王世臣.基于藍牙技術的北斗手機伴侶的設計與實現(xiàn)[J].電子世界,2017:177-121.