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。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。

本次共發放620份調查問卷，收回有效問卷598份。統計結果表明：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網系統：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，當達到編程設定的50步測量指標之后，會發出關閉鬧鐘的指令，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、主副機的關聯三部分。為了讓陪讀家長的手環裝置和鬧醒裝置的服務主機有信號聯系，我們認真地學習了Micro：bit主板編程方法，經過反復編寫、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.編程數據優化

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、創新點

（一）通過檢測行走的步數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。

（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。如健走步數達5000步以上，或者舉啞鈴起蹲次數達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。感謝市科學技術協會、發明協會的領導及專家，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明。

這項發明主要體現了幾位同學以下特點：

其一，具有良好的創新意識。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才能停止鬧醒的裝置，讓人在忍俊不禁中感受到作品創新的精妙之處。

其二，體現了三位發明人對創新實踐的內在追求。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新發展。

（欄目編輯? 秦銀銀）