一種基于單片機(jī)控制的定時(shí)喚醒眼罩

徐鑫茹 袁陽(yáng)蕓 吳夢(mèng)甜 胡曉錚 姜雪松

摘? 要：針對(duì)目前困擾人們的睡眠問(wèn)題，例如佩戴耳塞聽(tīng)不到鬧鐘鈴聲和鬧鐘鈴聲過(guò)大影響同一室內(nèi)休息者的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種定時(shí)喚醒眼罩，主要包括眼罩主體、隔音耳機(jī)。眼罩主體上設(shè)置有按鈕、顯示屏和鬧鐘系統(tǒng)，隔音耳機(jī)與眼罩內(nèi)部的鬧鐘系統(tǒng)電性連接。使用者可自行設(shè)置鬧鐘響起的時(shí)間，鬧鐘鈴聲通過(guò)隔音耳機(jī)傳遞至人耳。

關(guān)鍵詞：眼罩? 隔音耳機(jī)? STC89C52單片機(jī)? 鬧鐘系統(tǒng)? 蜂鳴器

中圖分類(lèi)號(hào)：TP27? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2021）02（b）-0055-04

A Timing Wake-up Eye Mask Based on MCU Control

XU Xinru? YUAN Yangyun? WU Mengtian? HU Xiaozheng? JIANG Xuesong*

（College of engineering technology， Northeast Forestry University， Harbin， Heilongjiang Province， 150040 China）

Abstract： Aiming at the sleep problems that currently plague people， such as the inability to hear the alarm bell when wearing earplugs and the problem that the alarm bell is too loud to affect the rest of the same room， a timing wake-up eye mask is designed. It includes an eye mask body， soundproof earphones. The eye mask body is provided with a display screen and an alarm clock system. The soundproof earphones are electrically connected to the alarm clock system， and the display screen is electrically connected to the alarm clock system. The user can set the time of the alarm by himself， and the alarm is transmitted to the human ear through the soundproof earphone.

Key Words： Eye mask; Soundproof earphone; STC89C52 single chip microcomputer;? Alarmclock system; Buzzer

社會(huì)的快速發(fā)展使人們身處在快節(jié)奏、大壓力的工作和生活環(huán)境里，身處不良的自然環(huán)境和浮躁的社會(huì)氛圍中，擁有健康的體魄顯得尤為重要[1]。隨著人們面對(duì)的壓力不斷增大，睡眠質(zhì)量不斷下降，睡眠障礙嚴(yán)重影響人們的日常生活[2]。大多數(shù)人會(huì)采取一些物理方法輔助睡眠，比如佩戴耳塞和眼罩，耳塞的佩戴可以很好的隔絕外界聲音，但同時(shí)也屏蔽了鬧鐘的聲音，使用者使用耳塞時(shí)會(huì)很難被鬧鐘喚醒。為了解決這一問(wèn)題，現(xiàn)如今有一些發(fā)明設(shè)計(jì)“藍(lán)牙耳塞”與手機(jī)或者鬧鐘通過(guò)藍(lán)牙進(jìn)行連接從而起到喚醒使用者的效果，但這樣設(shè)計(jì)大大增加了耳塞的成本[3]，同時(shí)也浪費(fèi)手機(jī)電量，對(duì)于某些住校沒(méi)有手機(jī)的中學(xué)學(xué)生更是不適用。還有一些設(shè)計(jì)是在耳塞內(nèi)部加入芯片，震動(dòng)器來(lái)喚醒使用者[4]，嚴(yán)重影響了耳塞的舒適性，且耳塞內(nèi)空間不足，增加了制作的難度。本文設(shè)計(jì)一種基于單片機(jī)控制的定時(shí)喚醒眼罩，使用者可通過(guò)眼罩上的按鈕與顯示屏設(shè)置鬧鐘時(shí)間，鬧鐘鈴聲通過(guò)隔音耳機(jī)傳遞至人耳，從而達(dá)到即使佩戴耳塞也能夠聽(tīng)得到鬧鐘鈴聲的效果。

1? 總體設(shè)計(jì)

本文中利用單片機(jī)作為核心控制單元，設(shè)計(jì)了一種定時(shí)喚醒眼罩。主要由眼罩、隔音耳機(jī)組成。

1.1 總體功能設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)旨在解決人們的睡眠質(zhì)量問(wèn)題，在降低環(huán)境噪音和光刺激對(duì)人體的影響的同時(shí)，又保證了鬧鈴的作用。定時(shí)喚醒眼罩的系統(tǒng)功能圖如圖1所示，其實(shí)現(xiàn)功能如下。

（1）遮光功能：本文中的眼罩外表面采用硅膠材料，內(nèi)表面為絨面布料。既實(shí)現(xiàn)了遮光，又可以保證眼睛與眼罩接觸的舒適性。

（2）隔音功能：本文中的隔音耳機(jī)內(nèi)部的耳塞采用高密度溫感活性記憶棉，在保證隔音的情況下，使用時(shí)不會(huì)有脹痛感。

（3）計(jì)時(shí)功能：本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)本身的定時(shí)器進(jìn)行計(jì)時(shí)，來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字時(shí)鐘功能，采用數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示來(lái)完成顯示部分。設(shè)計(jì)精巧，節(jié)約空間。

（4）喚醒功能：利用單片機(jī)控制蜂鳴器的開(kāi)關(guān)，利用蜂鳴器喚醒休息者。這種柔和喚醒方式不會(huì)給使用者太大的刺激。

（5）蓄電功能：考慮電池消耗成本高，頻繁更換電池會(huì)導(dǎo)致電池簧片容易損耗[5]。故外置電源usb插口，usb插口裝置靠近眼罩右側(cè)結(jié)構(gòu)安裝，不僅達(dá)到簡(jiǎn)化連接結(jié)構(gòu)的目的，同時(shí)實(shí)現(xiàn)該設(shè)計(jì)的蓄電功能。

1.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

定時(shí)喚醒眼罩總體主要由眼罩和隔音耳機(jī)構(gòu)成。眼罩和隔音耳機(jī)之間通過(guò)連接帶連接。連接帶一端與眼罩內(nèi)的鬧鐘系統(tǒng)電性連接，連接帶另一端與隔音耳機(jī)內(nèi)部的蜂鳴器電性連接，兩個(gè)隔音耳機(jī)分別位于連接帶四分之一的位置。定時(shí)喚醒眼罩的整體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

1.2.1 眼罩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

眼罩主體包括STC89C52單片機(jī)、蓄電池、顯示屏、usb插口和調(diào)整按鈕，眼罩主體外表面由硅膠材料制成，眼罩主體內(nèi)表面由絨面布料制成。

1.2.2 隔音耳機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

隔音耳機(jī)包括連接帶、耳塞、細(xì)軟導(dǎo)管、金屬腔體、隔音棉和蜂鳴器，連接帶一端與鬧鐘系統(tǒng)電性連接，連接帶另一端與蜂鳴器電性連接。耳塞材料為高密度溫感活性記憶棉，耳塞體內(nèi)設(shè)有兩個(gè)細(xì)軟導(dǎo)管用于傳遞蜂鳴器聲音，細(xì)軟導(dǎo)管兩端開(kāi)口處呈矩形，易于聲音傳播至使用者耳中;耳塞尾部連有一金屬腔體，蜂鳴器、隔音棉位于金屬腔體內(nèi)部，掛鉤通過(guò)錫焊焊接在金屬腔體外側(cè)，蜂鳴器嵌入隔音棉中，從而減少蜂鳴器聲音對(duì)外界的干擾，掛鉤也可防止耳塞在睡眠時(shí)脫落。當(dāng)預(yù)設(shè)的鬧鐘時(shí)間到達(dá)時(shí)，隔音耳機(jī)內(nèi)的蜂鳴器響起，因金屬腔體和隔音棉的隔音作用，蜂鳴器的聲音不會(huì)傳遞至外界，蜂鳴器聲音通過(guò)耳塞內(nèi)的細(xì)軟導(dǎo)管傳遞至人耳中，從而喚醒使用者。

隔音耳機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

2? 內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 整體電路設(shè)計(jì)

鬧鐘系統(tǒng)由STC89C52單片機(jī)控制模塊，按鍵模塊，復(fù)位電路，數(shù)碼管顯示模塊、鬧鈴模塊組成，STC89C52單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，12時(shí)鐘、機(jī)器周期和6時(shí)鐘、機(jī)器周期可以任意選擇[6]。系統(tǒng)使用5V電源， 從蓄電池和USB接口中獲取5V電源。

系統(tǒng)功能控制圖如圖4所示。

2.2 各模塊電路設(shè)計(jì)

鬧鐘系統(tǒng)的整體電路原理圖如圖5所示。

2.2.1 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)

復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)都回歸到初始狀態(tài)，通常用于電路接電時(shí)或是發(fā)生故障時(shí)。時(shí)鐘電路工作后，在REST管腳上加兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，芯片內(nèi)部開(kāi)始進(jìn)行初始復(fù)位[7]。復(fù)位電路如圖6所示。

2.2.2 數(shù)碼管顯示模塊設(shè)計(jì)

本模塊采用2個(gè)4位共陰數(shù)碼管來(lái)顯示時(shí)、分、秒。數(shù)碼管接在單片機(jī)的P0和P2口，P0控制段選信號(hào)，P2控制位選信號(hào)。

2.2.3 鬧鈴模塊設(shè)計(jì)

本模塊主要由8550三極管和蜂鳴器構(gòu)成[8]，使用者設(shè)置好鬧鐘時(shí)間后， 當(dāng)時(shí)間到達(dá)時(shí)單片機(jī)就會(huì)控制蜂鳴器響起， 需要使用者手動(dòng)關(guān)閉蜂鳴器聲音才會(huì)停止。

2.2.4 按鍵模塊設(shè)計(jì)

采用四個(gè)獨(dú)立式按鍵，從左到右依次為“設(shè)置時(shí)間”鍵、“設(shè)置鬧鐘”鍵，“+”鍵、“-”鍵，通過(guò)“設(shè)置時(shí)間”按鍵和“+”、“-”鍵可以調(diào)整系統(tǒng)時(shí)鐘的時(shí)間，時(shí)間包括時(shí)、分、秒;通過(guò)“設(shè)置鬧鐘”按鍵和“+”“-”鍵可以調(diào)整鬧鐘的設(shè)定時(shí)間，時(shí)間同樣包括時(shí)、分、秒。

3? 系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)

定時(shí)喚醒眼罩的工作流程如圖7所示。系統(tǒng)初始化，顯示屏顯示當(dāng)前的時(shí)間，使用者可通過(guò)眼罩上的按鈕設(shè)定好鬧鐘時(shí)間，隨后系統(tǒng)開(kāi)始計(jì)時(shí)，若調(diào)整按鍵被按下，則進(jìn)行修改時(shí)分秒的操作。時(shí)間設(shè)置好之后，使用者可以佩戴定時(shí)喚醒眼罩休息，當(dāng)設(shè)定時(shí)間到達(dá)時(shí)，鬧鐘開(kāi)始響起，并通過(guò)隔音耳機(jī)傳遞至人耳中，使用者被喚醒。

4? 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的一種定時(shí)喚醒眼罩，使用者休息前可提前為眼罩設(shè)定好喚醒時(shí)間，即通過(guò)顯示屏和按鈕設(shè)定好預(yù)設(shè)時(shí)刻，到達(dá)預(yù)設(shè)時(shí)刻時(shí)，單片機(jī)控制金屬腔體內(nèi)的蜂鳴器發(fā)出聲音，聲音通過(guò)隔音棉的隔絕不會(huì)傳遞至外界，進(jìn)而通過(guò)耳塞內(nèi)部的細(xì)軟導(dǎo)管傳遞至人耳中，從而喚醒使用者。本文設(shè)計(jì)的定時(shí)喚醒眼罩可達(dá)到以下有益效果：（1）可屏蔽外界聲音，提高使用者的睡眠質(zhì)量;（2）耳塞眼罩集成一體化設(shè)計(jì)，避免單個(gè)耳塞丟失;（3）蜂鳴器在預(yù)設(shè)時(shí)刻響起，通過(guò)細(xì)軟導(dǎo)管傳遞至人耳，可達(dá)到即使佩戴耳塞也能聽(tīng)到鬧鐘鈴聲，達(dá)到喚醒使用者的效果;（4）由于隔音耳機(jī)內(nèi)隔音棉和金屬殼體的設(shè)置，防止蜂鳴器聲音影響到外界，避免了鬧鐘鈴聲對(duì)同屋他人造成影響;（5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)巧妙、拆裝方便、組裝牢固，適于推廣使用。

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