高一凡 付贤清 文小英
（上海电机学院 200240）
摘要：在我国起床困难这种情况在人群中是一直存在的，且生活节奏混乱对人体的影响非常的严重，属于慢性影响。根据可靠科学家研究发现，长时间的混乱生活，可导致生物钟紊乱，短些天内无法调整回来，从而造成身体上的损坏。通过我们调查研究为了解决这类问题，我们研究了一种智能光照唤醒装置，它是基于声控和单片机，实现模拟日光效果，光照唤醒通过视网膜特化感光神经节细胞(ipRGC），连接到视交叉上核(SCN)，参与调解昼夜节律同时影响人体褪黑激素的分泌，进而调节人们的睡眠质量，唤醒用户。
关键词：唤醒灯；智能；声控
引言：
随着人们生活节奏的加快，人们的睡眠时间越来越少，同时也存在着起床困难的问题，且起床困难大多数存在于上学的学生和上班一族，为解决起床困难问题，我们研究一套智能睡眠唤醒装置产品（产品由控制系统、驱动机构和环绕灯组组成。主要包括：电子控制面板、驱动电机、齿轮组、电子显示器、主动轮以及辅助轮、红外收发装置、按钮式控制开关、常用夹子、LED灯）通过这套装置可以更好的唤醒在睡眠中的人们。
一、人们的日常生活规律问题分析
1.为何大学生生活容易出现生物钟混乱现象
目前大学生的校园生活比较宽松，时间充裕的大学生活使得多数大学生容易沉迷于网络。如打PC端游LOL、DOTA2，手游王者荣耀、和平精英等。常常“肝”到半夜两三点不是问题。虽然第二天要上课，可课时也就两三节课一天，也就是说，上完这两三节课的时间剩下的时间足够恢复精神。问题即出于此，剩下的休息时间是白天空余时间，而这时间本该用于学习、吃饭、课余的户外活动。却全部变化为休息时间。晚上精神倍加，继续“肝”游戏。如此循环，构成一个恶性循环链。
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由上图可以看到，大学生如果成为了一位网瘾少年，生活就将成为一个恶性循环链。习惯是很难改变的，加上生物钟的混乱，大学生活将是一团糟。
2.分析学生的视力下降的部分原因
众所周知，国内有多数的大学采取定时熄灯制，在特定的时间段内关闭学生宿舍的电灯供电，旨在为了学生在该时间段能够休息。
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观察图表可以发现，无论是工作日、周末还是节假日，大多数学生都是在十点之后睡觉为主，大部分学校都是十点半到十一点之间熄灯，学生们的睡觉时间基本稳定在熄灯之后。那么，他们在熄灯到睡觉的时间段内都在干些什么呢，我们来看看下面这个图表。
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玩手机和看书占了超过一半学生的睡前生活，在熄灯的宿舍，特别是床上，没有一个稳定的光源，玩手机（电脑）和看书都会对眼睛造成极大的创伤。
3.分析上班一族生活现状
随着社会的发展，人们的生活节奏越来越快，上班族经常就是早出晚归，每天工作的很辛苦，很累，需要很早起床赶车，可能有时连早饭都来不及吃，工作一天下来再赶回家中休息，然后订好第二天的闹钟。人们为了第二天的行程一般都会订上一些闹钟，来强制叫醒自己起床，这种叫醒方法虽然可以唤醒人们，但往往被唤醒的人们往往会感到很疲惫，导致起床困难。而我们设置的这套智能睡眠唤醒装置，通过产品的环绕灯组能够提供均匀温和的光照，光照的色温不同程度贴近自然光，唤醒效果更为温和舒适。
二、产品装置设计分析
1.产品结构分析
整件产品由、后台服务器、大数据、手环（手机）、智能灯构成。其中节能灯又分为光源系统和音乐系统，都由控制器控制。
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后台服务器：由运营商即厂家与服务器组成，主要负责对用户反馈数据整合分析，制定方案并反馈给用户。后台服务器可对用户反馈的合理要求调整智能灯源代码，方便智能灯的使用。定时修复系统漏洞，解决客户使用智能灯方面问题。
大数据：即互联网，主要作用是收集用户们的信息，计算整合给后台服务器，并为用户和运营商实时提供需要的信息和资源。对于大部分简单的请求，也能通过AI智能自动处理用户需求反馈给用户，不需要经过服务器。
手环（手机）：用户佩戴，手环能够监测用户的睡眠情况，判断时间，提供健康信息反馈给服务器。设制智能灯各模块信息。
智能灯：即产品本身，核心设备。
2.产品原理分析
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产品由控制系统、驱动机构和环绕灯组成、电子控制面板、驱动电机、齿轮组、电子显示器、主动轮以及辅助轮、红外接收装置、按钮式控制开关、常用夹子、LED灯组成。
由手机APP和声控模组共同控制智能唤醒灯的控制系统。灯光可用手机手动调节光亮强度，也可打开自动灯光调节，光强将根据光敏传感器受外界刺激程度调节灯光，已达到眼睛最适宜光强。手机制定每日的唤醒时间，调整唤醒音乐，初始唤醒音为默认音。以上手机支持功能也可通过声控达到同等的效果。智能灯支持音乐播放功能，可通过蓝牙连接播放，也可通过声控系统在合作音乐软件找到相匹配声源并播放。系统时间利用网络时间自动调整，无需人为干预。
各模块的具体实现方法如下：
（1）智能灯声控模块：智能灯声控模块的主要硬件由麦克风、语音模块、单片机、电源模块、继电器等组成, 麦克风在采集语音信号后, 会将该信号传递到语音模块芯片内部, 随后, 语音模块会将收集到的语音信号与预先存储的语句进行对比, 完成对比后会得到一个结果, 这个结果会由语音模块传递给单片机, 单片机会根据语音芯片所传输的信号来控制各模块, 以此实现对声控系统的全面展现。如图所示。
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（2）灯光唤醒模块：灯光唤醒模块电路如图[1,2,3]所示。单片机的P2.0和P2.1接收接收模块输出的数据。当单片机接收到启动信号后, 通过其内部的定时器产生占空比可变的PWM波, 使PWM波按照一定的规律增加或减少占空比，以达到模拟日光的目的。
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（3）蓝牙模块：基于蓝牙无线连接技术，通过蓝牙与智能灯音频模块即扩音器连接，实现设备声音的输出。
（4）音频模块：接收蓝牙传输音频信号，通过电信号转换输出声信号。
3.系统流程分析
本系统采用51单片机C语言模块化编程，由主程序，声控程序、蓝牙程序、APP程序等子程序构成。接入电源启动系统，连接WIFI，各传感器模块开始工作，并将采集到的数据发送到51模块中进行数据处理。其次，系统根据接收到的手机APP控制指令和声控指令，改变或维持当前工作状态。通过蓝牙系统控制音响系统。达到远程发声功能。
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产品各功能简述：
（1）模拟日光照明：通过单片机接收到启动信号后, 通过改变PWM波的占空比，以达到模拟日光的目的。
照明：日常的生活照明，可根据手环提供的使用者睡眠信息，关闭和开启照明。灯光较为柔和。直流供电，没有频闪。
（2）声控功能：语音模块采集声音信息，处理配对，输出对应指令。
（3）红外检测功能：红外感应器感应床上有没有人。有人则启动闹钟，无人则关闭。
（4）蓝牙音箱：连接蓝牙，播放音频信息。
（5）自动灯光调节：光敏感应器感应周围光度强弱，调节灯光亮度。
（6）远程控制功能：通过WiFi、蓝牙、声控、远程控制设备。
（7）健康监测功能：通过手环提供相应健康信息，提供健康规律作息表。
（8）闹钟功能：在使用者指定时间播放设置的闹钟音乐。
三、结语
产品主要服务群众为学生。利用灯光模拟日出和日落，让人们有“日出而起，日落而息”的感觉，在灯光模拟的同时播放柔和的闹钟声或者自选的音乐。播放器播放闹钟，还行充当蓝牙音箱，配备智能助手，支持声控。为提升人们的日常生活质量，规律生物种，我们的设备可以和手环建立连接关系，手环为设备提供服务群众的健康信息，如心跳率、睡眠时间、运动量……收集分析后制定合理的生活时间安排，反馈给群众。
参考文献：
[1]零点工作室, 刘刚, 彭荣群.Protel DXP2004SP2原理图与PCB设计 (第2版) [M].北京:电子工业出版社2011.
[2]周冰, 李田, 胡仁喜, 等.Altium Designer Summer09从入门到精通[M].北京:机械工业出版社, 2011.
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