強制起床輔助設備設計研究

孫敏?謝凱歌?王書樂

摘? 要：在當今社會，人們生活節奏不斷加快，鬧鐘是人們生活中最常用的電子設備，尤其是對于上班族和學生而言，鬧鐘是提醒大家按時起床去工作或學習的重要工具。設計了一款強制起床輔助設備，將鬧鐘與體重秤完美結合，使電子體重秤的單一功能變成多種功能。最重要的是踩踏關閉式鬧鐘必須是人完全直立站立在此設備上一定時間才可以停止，能有效地避免人們睡“回籠覺”。與普通鬧鐘裝置的工作實驗對比，驗證了該裝置在對使用者起床喚醒中能達到更好的效果。

關鍵詞：鬧鐘;踩踏關閉;防側翻;傳感器;起床喚醒

中圖分類號：TP368? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：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

本設備為強制起床輔助設備，致力于解決大部分上班族和學生在鬧鈴響后便會關上鬧鐘繼續倒頭呼呼大睡，進而造成起床困難這一大問題。由鬧鐘和電子體重秤相結合，使其具備踩踏式關閉、一機多用的功能。另外本設備采用側面邊框與地面形成的夾角小于90度，即稱體側面剖析圖呈等腰梯形，解決了現有的電子體重秤容易發生側翻從而導致用戶摔倒而發生不必要的安全事故的技術問題。本創新設備結構涉及合理，可使得人們睡“回籠覺”的概率遠遠降低。

現有技術中，使用最廣泛的鬧鐘無非是手機等智能設備上設置鬧鈴任務和使用床頭鬧鐘裝置。然而這兩種鬧鐘的關閉方式都非常簡單，只需要點擊屏幕或按下按鈕。這樣簡單的關閉方式對于大部分上班族或學生來說很難從睡夢惺忪狀態轉變為清醒狀態。而且對于上班族和學生來說，每天早起上班或者上學是一件很勞累的事情，早晨往往想多睡一會，點擊屏幕和按下按鈕的關閉方式常常容易誤操作，這樣可能會導致上班族和學生的遲到。

另外，電子體重秤是指可以具體準確地告訴人們有關體重信息的稱體，現有技術中電子體重秤只有這一種功能。功能單一，無法滿足人們的日常生活需求。且現有技術中并不存在一種強制起床輔助設備。

1? 總體技術方案

本創新設備的實施例提供一種強制起床輔助設備的實現方法及裝置，能夠更加便利地為用戶提供鬧鐘功能，簡化用戶操作。為達到上述目的，本創新設備的實施例總體設計框圖如圖1所示，本創新設備的實施例采用如下技術方案：

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

所述的鬧鐘包含一響鈴裝置、一開關電路，所述的開關電路包含一可上下移動的第一線路，所述的第一線路附著在一復位彈簧上，所述的復位彈簧為非金屬材質，所述的復位彈簧位于腳型踩踏區正下方;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量信息，所述的第二顯示屏用于顯示鬧鐘時間信息。

進一步的，所述的殼體包含有面板和底殼;所述的殼體側面上還設有USB接口，底殼四個角上設有四個秤腳，在秤腳上設有秤腳防滑墊，底殼中間部位設有響鈴裝置，所述響鈴裝置的上方從左到右依次設置有時間增大旋鈕、時間減小旋鈕和時間設定旋鈕，通過這三個旋鈕可以對所述鬧鐘進行時間上的設置，具體包含鬧鐘進行鬧時的開始時間，鬧鐘鬧時所持續的時間閾值。所述底殼的右上方還設置有鬧鐘的開關按鈕。

同時所述設備還具備鈴聲存儲功能，可以通過USB接口連接到電腦下載鈴聲到此設備里，進而進行鈴聲設置。

應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本創新設備，并不用于限定本創新設備。

2? 硬件技術

2.1? 主控制系統

踩踏關閉的電子體重秤式鬧鐘即強制起床輔助設備把傳統鬧鐘的功能集成到電子體重秤上，此創新設備內部主要包括主控制器、響鈴裝置和壓力感應單元，其中主控制器分別連接響鈴裝置和壓力感應單元，響鈴裝置在到達設定時間發出響鈴聲音，若想關閉此鬧鈴，需要站立在所述本體面板的踩踏區一定的時間（可自己設置秒數），人體的重力壓迫復位彈簧，復位彈簧將開關電路中的第一線路帶動，從而破壞開關電路的閉合性，使鬧鐘斷電從而不能發出報警的聲響。當人離開時，復位彈簧又將第一線路帶動恢復開關電路的閉合性，同時可以在預先在主控制期內設置鬧鐘響鈴的時間經過閾值，通常設置為30 s～60 s之間，而后鬧鐘因為響鈴時間經過而無法再次發出報警的聲音，否則因為時間閾值沒有經過，鬧鐘將持續進行響鈴，逼迫人們必須在設備上站立一定的時間才能將鬧鐘停止。此創新設備的主控制器主要以單片機STC90C52RC控制核心，實現設備的基本控制功能，主控制系統原理示意圖2所示。

2.2? 防側翻結構

所述底殼在與秤腳的位置對應處設有凹槽，凹槽內設置有防滑墊，并且將防滑墊進行加大，從而使得防滑墊防滑效果好。另外稱體側面邊框與地面形成的夾角小于90°，即稱體側面剖析圖呈等腰梯形，而相應的，底殼的面積大于面板的面積，體重秤整體穩定性高，當用戶站于面板的邊緣，由于底殼的結構設置使得電子體重秤的翻轉力矩朝向體重秤的中心處，從而保證體重秤在使用時不會發生側翻，使用安全性能高。整體設備3D模擬圖如下圖3所示。

3? 軟件設計

3.1 主控制系統的軟件組成

主控制系統的軟件主要包括單片機軟件，單片機軟件功能包括：

（1）獲取壓力感應單元采集的踩踏區所承受質量的數據;

（2）處理踩踏區所承受質量的數據，得到體重信息;

（3）把得到的體重信息與存儲模塊中的預設體重信息進行比對;

（4）把得到的質量比對信息送回主控制器模塊;

（5）設置響鈴裝置的響鈴時間;

（6）記錄踩踏區所承受一定質量的時間;

（7）處理踩踏區所承受一定質量的時間數據，得到時間信息;

（8）把得到的時間信息與存儲模塊中的預設時間信息進行比對;

（9）把得到的時間比對信息送回主控制器模塊;

（10）存儲預設時間、質量、鬧鈴聲、響鈴時間等;

（11）其他必要的管理功能，如單片機管腳設置等。

3.2? 軟件系統的流程設計

系統程序開始電源后單片機STC90C52RC會啟動主控制系統、時間模塊初始化程序、壓力感應單元校正、第二顯示屏實時顯示時間信息，根據主控制器的控制，實現測量體重、顯示時間、鬧鐘鬧時、鬧鐘關閉等功能的執行。系統工作流程圖如圖4所示。

3.3 部分軟件程序

（1）開機自檢eeprom初始化，具體設置如下：

void init_eeprom（）

{

read_eeprom（）; //先讀EEPROM的數據

if（a_a ！= 1） //新的單片機初始單片機內問eeprom

{

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

Weight_Maopi=1000; //傳感器自重設置為1000

a_a = 1; //判斷新單片機的變量置1，下次開機就知道這個單片機已經寫好EEPROM數據了

write_eeprom（）; ? ?//保存數據

}

}

（2）把數據保存到單片機內部eeprom中，具體設置如下：

void write_eeprom（）

{

SectorErase（0x2000）; //擦除扇區

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

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）; //將高八位數據存儲到EEPROM

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

byte_write（0x2002， pz）; //存儲到EEPROM

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

byte_write（0x2003， pz）;

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

byte_write（0x2004， pz）;

byte_write（0x2060， a_a）; //將a_a存儲進單片機，這個變量是識別這是否是一個新單片機的，如果是新單片機，就將這個值賦1寫進EEPROM

}

（3）把數據從單片機內部eeprom中讀出來，具體設置如下：

void init_eeprom（）

{

read_eeprom（）; //先讀EEPROM的數據

if（a_a ！= 1） //新的單片機初始單片機內問eeprom

{

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

Weight_Maopi=1000; //傳感器自重設置為1000

a_a = 1; //判斷新單片機的變量置1，下次開機就知道這個單片機已經寫好EEPROM數據了

write_eeprom（）; ? ?//保存數據

} }

（4）顯示重量，單位kg，3位整數，1位小數，具體設置如下：

void Display_Weight（）

{ LCD1602_write_com（0x80）; ? //地址

LCD1602_write_word（"W："）; ? //顯示W

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）;? //重量數據%1000000/100000得到要顯示的數據

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）延時函數，具體設置如下：

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

void Delay__hx711_us（void）

{

_nop_（）;

_nop_（）;

}

（6）讀取HX711，具體設置如下：

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

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個脈沖下降沿來時，轉換數據

Delay__hx711_us（）;

HX711_SCK=0;

return（count）;

}

4? 結? 論

本創新設備在鬧鐘響起后只有使用者下床站立在踩踏區一定時間（可自行設置）后才能將鬧鐘鈴聲關閉，從而避免了上班族和學生偷懶不起床的現象以及上班族和學生睡“回籠覺”的發生，而人們在起床站立在踩踏區后往往就會較為為清醒，具有很好的起床喚醒效果，而且使用較為方便。另外本設備還解決了現有的電子體重秤容易發生側翻從而導致用戶摔倒而發生不必要的安全事故的技術問題，使得一物兩用，實現了結構簡單、設計合理、使用安全性能高、實用性強等積極效果，值得廣泛推廣和應用。

參考文獻：

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[5] 于永權.89系列（MCS-51兼容）Flash單片機原理及應用 [M].北京：電子工業出版社，1997.

作者簡介：孫敏（2001.10—），女，漢族，山東臨沂人，本科在讀，研究方向：網絡工程;謝凱歌（2001.12—），男，漢族，山東臨沂人，本科在讀，研究方向：網絡工程;通訊作者：王書樂（1992.01—），女，漢族，山東德州人，助教，碩士研究生，研究方向：教育學。

收稿日期：2022-02-15

基金項目：2021年度大學生創新創業訓練計劃項目（X202113857030）