计步式闹醒装置

朱友明 王子范 徐晨皓

学生上学通常要早起，而陪读的家长会起得更早。有时如果学生一人在家，起床就全靠闹钟了。有的学生稍微赖床就会迟到，错过老师精彩的讲解。我们想设计一种闹醒装置，避免类似情况发生。

本装置最大的特点是专为陪读家长和学生量身订做，可以很方便地戴在手腕上，就好似一只小巧的手环。每天早晨，在预先设定的闹钟响了之后，被叫醒人必须起床，并携带本装置走50步，之后闹钟才会关闭，否则闹钟就会不停地响。

一、研究过程

（一）搜集资料

Micro：bit主板是一款超迷你可编程的主板。别看它小，但一块主板上集成了2个可编程按钮、1个蜂鸣器、1个麦克风、1个电子罗盘，内有加速度传感器、1个USB接口、25个单色LED灯、蓝牙等常用传感器设备。此外，它还可外接电池盒，其底部有多个环孔连接器，可用于控制外接设备。

（二）问卷调查

本研究是否具有深入研究的必要性？我们拟好一份调查问卷，进行了调研工作。

本次共发放620份调查问卷，收回有效问卷598份。统计结果表明：很多人都没有使用甚至不知晓眼动仪传感器，也有很多人表示没见过计步闹钟，觉得离自己太远，不合实际。几乎所有人都希望能研制出一款计步闹钟，解决学生上学迟到的问题。

二、设计原理

本装置采用子母式主副无线联网系统：戴在手腕上的是“闹醒装置”的副机部分，放在卧室床头柜上的是“闹醒装置”的主机部分。

Micro：bit主板上的加速度传感器感知被叫醒人已走动的步数，当达到编程设定的50步测量指标之后，会发出关闭闹钟的指令，确保被叫醒人起床。本装置的计时部分可以通过网络同步授时校准，走时准确可靠。特别要说明的是，本装置代码的编号得到了中科院软件工程师的帮助。

三、编程制作

（一）编程方案

主板正面的25个单色（红色）LED灯组成的点阵可显示各种图形，并且Micro：bit网站已预置很多常用图像，比如心形、笑脸等。Micro：bit主板支持在线编程，无需下载编程软件，方便简单。

我使用了两块Micro：bit主板，一块作为陪读家长的手环装置，另一块作为闹醒装置的服务主机。

程序代码分为基本功能代码、时钟显示代码、主副机的关联三部分。为了让陪读家长的手环装置和闹醒装置的服务主机有信号联系，我们认真地学习了Micro：bit主板编程方法，经过反复编写、修改、调试、下载，确认基本没有问题后，完成了最终的程序。

（二）制作过程

1.3D建模设计

2.3D打印组件

3.连接电路

4.编程数据优化

我们收集的资料表明，15～45分贝是适合人类生存的最佳声音环境，60分贝以上的声音会干扰人们的正常生活与工作。在本项目中，我们将闹铃声音设为49分贝。

四、创新点

（一）通过检测行走的步数关闭响铃来督促人们起床，利用Micro：bit主板自带的加速度传感器，通过编程检测被叫醒人走过的步数。

（二）本闹铃装置可一物多用。它配备红外热释传感器，当有人接近时，灯会自动增强亮度，满足人们夜间照明的需要。另外，该装置通过网络同步授时校准，走时精准可靠。本装置还可兼作家用蓝牙音箱、智能台灯、床头灯。外观精美，还能作为家里的艺术摆件。

（三）本闹铃装置的手腕佩戴部分具有振动提醒模式，可用于检查每天运动量的完成情况。如健走步数达5000步以上，或者举哑铃起蹲次数达60次以上，才会停止闹铃。

五、致谢

感谢江苏省兴化中学的朱老师，他给我的实验研究提供了很多帮助和建议，指导我们购置电子元件、编写程序等。感谢市科学技术协会、发明协会的领导及专家，给我们提出了中肯的意见与建议。最后，特别要感谢学校全体师生给予我们的帮助和鼓励。（指导老师：朱石明）

专家点评

朱友明、王子范、徐晨皓等同学的计步式闹醒装置，是一件基于自己学习生活需要的小发明。

这项发明主要体现了几位同学以下特点：

其一，具有良好的创新意识。当看到原有的闹钟确实还存在叫不醒人的实际情况，便想到了这个只有当使用者迈开腿达到一定的步数才能停止闹醒的装置，让人在忍俊不禁中感受到作品創新的精妙之处。

其二，体现了三位发明人对创新实践的内在追求。本来，进入高中阶段，学习内容多、任务重、时间紧、压力大，在这种氛围中还能挤出一部分时间完成这个作品，是需要勇气和胆量的。

其三，具有一定的技术应用能力。这个作品用起来方便有趣，但要完成好，需要具备相关开源软件、传感器、人工智能、3D打印等一系列知识与技术应用的本领。

值得指出的是，同学们创新的视域可以更广阔、更长远。如选取其他更富有积极意义而不是这种学习生活“内卷”的项目，可能更利于自己的创新发展。

（栏目编辑  秦银银）