基于藍(lán)牙技術(shù)的新型眼鏡設(shè)計(jì)及應(yīng)用

桂林電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)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(rèn)識(shí)。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(dá)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(duì)于深度近視患者來講，尋找不到眼鏡時(shí)會(huì)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(jìn)步，藍(lán)牙技術(shù)走進(jìn)了人們的視線，藍(lán)牙眼鏡應(yīng)運(yùn)而生。許多學(xué)者對(duì)藍(lán)牙眼鏡進(jìn)行了研究，如萬華兵提出一種自拍藍(lán)牙眼鏡，通過藍(lán)牙與手機(jī)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(dǎo)藍(lán)牙眼鏡，該方法解決了近視患者佩戴藍(lán)牙耳機(jī)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(yùn)動(dòng)藍(lán)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(guān)/拍照按鍵及錄音/錄視頻按鍵等，讓戶外運(yùn)動(dòng)者便捷攜帶。本文針對(duì)近視患者在尋找眼鏡過程中遇到的難題，提出采用藍(lán)牙技術(shù)將報(bào)警提示和發(fā)光雙重定位集合于一體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裝置，給深度近視患者定位尋找眼鏡帶來福音。

2 藍(lán)牙技術(shù)

2.1 藍(lán)牙來源

“藍(lán)牙”一詞最早來源于一千多年前的某個(gè)丹麥皇帝的名字，他對(duì)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(shù)命此名，大有一統(tǒng)天下的含義[2]。

藍(lán)牙最早于1998年6月開始步入了標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，并且在1999年7月在它的主頁（www.bluetooth.com）上公布了第一個(gè)技術(shù)規(guī)范，即藍(lán)牙1.0版規(guī)范。在此后的18年間，藍(lán)牙得以快速發(fā)展，據(jù)悉將要推出5.0版本。而藍(lán)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(shù)，可以進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信拓?fù)?，主要用于跨設(shè)備流傳輸音頻、傳輸數(shù)據(jù)和廣播信息[3]。

2.2 藍(lán)牙的未來發(fā)展

藍(lán)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(lán)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?cè)诙唐趦?nèi)過高估計(jì)了藍(lán)牙發(fā)展成熟速度，但我認(rèn)為，我們?nèi)匀贿^低的估計(jì)了藍(lán)牙長期的發(fā)展?jié)摿??！笔聦?shí)證明，藍(lán)牙的發(fā)展確實(shí)如此。

對(duì)于未來藍(lán)牙的發(fā)展，漫游功能將被開發(fā)。對(duì)于目前的藍(lán)牙技術(shù)，它雖然可以在微網(wǎng)絡(luò)和擴(kuò)大網(wǎng)之間進(jìn)行切換，但每次切換都必須斷開與當(dāng)前PAN連接，這將使得一些信息將不會(huì)斷開。同時(shí)藍(lán)牙的應(yīng)用將會(huì)在智能家居、移動(dòng)通信、網(wǎng)絡(luò)教育、汽車電子等大放異彩[4-9]。例如從2012～2020年，藍(lán)牙的無線通訊技術(shù)在智能家居的應(yīng)用上，年復(fù)合增長上高達(dá)241%，應(yīng)用內(nèi)容已經(jīng)高達(dá)86個(gè)應(yīng)用藍(lán)牙技術(shù)，如門鎖、車庫、窗簾和廚房等，可以推測在智能家居的應(yīng)用上，藍(lán)牙技術(shù)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(lán)牙技術(shù)的前景必銳不可當(dāng)。

3 藍(lán)牙眼鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)介紹

眼鏡是近視患者不可缺少的日常生活用品。對(duì)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(duì)這一問題，提出一種基于藍(lán)牙的眼鏡結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)利用手機(jī)藍(lán)牙與眼鏡藍(lán)牙進(jìn)行連接匹配定位，再在原有的眼鏡結(jié)構(gòu)（鏡框體、鏡樁和鏡腿）上加入彈簧開關(guān)、電池、充電接口、LED燈、藍(lán)牙模塊、彈簧開關(guān)和蜂鳴器裝置。

3.2 結(jié)構(gòu)組成

該藍(lán)牙眼鏡具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示，其中圖1為彈簧開關(guān)，2為第一LED燈，3為第二LED燈 ，4為藍(lán)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(shè)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(shí)，充電接口隱藏于鏡腿，既保護(hù)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(gè)電路提供電能。彈簧開關(guān)設(shè)置在鏡腿的前段與鏡樁鉸接的端頭，在佩戴眼鏡時(shí)為斷開狀態(tài)；不戴眼鏡時(shí)為閉合狀態(tài)，佩戴眼鏡時(shí)彈簧開關(guān)受力擠壓時(shí)斷開，電路斷開；不戴眼鏡時(shí)不受力，彈簧開關(guān)自動(dòng)彈出并閉合，電路導(dǎo)通，可以通過受力自動(dòng)感知眼鏡是否處于佩戴狀態(tài)來自動(dòng)啟、停電路。所述藍(lán)牙模塊具有藍(lán)牙發(fā)射、接受和指令處理等功能，本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用藍(lán)牙4.0芯片來實(shí)現(xiàn)這些功能。鏡腿為眼鏡左右腿中的任意一個(gè)，本例為右腿，如圖2所示。眼鏡處于佩戴狀態(tài)時(shí)，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(guān)受力并處于壓縮狀態(tài)，此時(shí)彈簧開關(guān)斷開，電路處于停止工作狀態(tài)；當(dāng)摘下眼鏡時(shí)，鏡腿前段和鏡樁不再相互受力，此時(shí)彈簧開關(guān)自動(dòng)彈出打開開關(guān)，啟動(dòng)電路，同時(shí)藍(lán)牙模塊開啟藍(lán)牙，當(dāng)需要尋找眼鏡時(shí)，打開手機(jī)藍(lán)牙和眼鏡藍(lán)牙進(jìn)行連接，連接成功后通過手機(jī)發(fā)送指令藍(lán)牙模塊，藍(lán)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(gòu)示意圖

圖2 鏡腿前段的結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 結(jié)構(gòu)特色

該結(jié)構(gòu)主要特色有三點(diǎn)，具體內(nèi)容如下：

(1)互換性強(qiáng)：本設(shè)計(jì)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(qiáng)。

(2)自動(dòng)化程度高：首先，在鏡腿上設(shè)置的彈簧開關(guān)，眼鏡佩戴時(shí)受力壓縮，開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)，摘下眼鏡時(shí)，彈簧開關(guān)自動(dòng)彈出啟動(dòng)電路，開啟藍(lán)牙；不用設(shè)置專門的控制開關(guān)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(duì)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(lán)牙模塊、蜂鳴器、充電接口、彈簧開關(guān)和LED燈于一體的新型眼鏡結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)通過手機(jī)與藍(lán)牙眼鏡進(jìn)行連接匹配定位，使藍(lán)牙眼鏡上的蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲和LED燈珠發(fā)光提示，同時(shí)將此時(shí)眼鏡的距離反饋到手機(jī)上，進(jìn)行雙重定位。該眼鏡結(jié)構(gòu)具有互換性強(qiáng)、自動(dòng)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(xué)中國健康發(fā)展研究中心.國民健康視覺報(bào)告[M].2016,6.

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

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

[4]焦聘武.前景誘人的藍(lán)牙技術(shù)及其在遠(yuǎn)程、移動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)教育中的應(yīng)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(jī)藍(lán)牙的多功能教學(xué)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(huì),周利.基于藍(lán)牙技術(shù)的LED智能照明系統(tǒng)[J].信息技術(shù),2016(10):88-90.

[7]于建鋒,顧平林,陳茜.藍(lán)牙技術(shù)在汽車中的應(yīng)用[J].時(shí)代汽車,2017:15-16.

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

[9]唐述強(qiáng),梁本仁,王偉,王世臣.基于藍(lán)牙技術(shù)的北斗手機(jī)伴侶的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子世界,2017:177-121.