朱友明 王子范 徐晨皓

學(xué)生上學(xué)通常要早起，而陪讀的家長會起得更早。有時如果學(xué)生一人在家，起床就全靠鬧鐘了。有的學(xué)生稍微賴床就會遲到，錯過老師精彩的講解。我們想設(shè)計一種鬧醒裝置，避免類似情況發(fā)生。

本裝置最大的特點是專為陪讀家長和學(xué)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(huán)。每天早晨，在預(yù)先設(shè)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(guān)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(fēng)、1個電子羅盤，內(nèi)有加速度傳感器、1個USB接口、25個單色LED燈、藍(lán)牙等常用傳感器設(shè)備。此外，它還可外接電池盒，其底部有多個環(huán)孔連接器，可用于控制外接設(shè)備。

（二）問卷調(diào)查

本研究是否具有深入研究的必要性？我們擬好一份調(diào)查問卷，進(jìn)行了調(diào)研工作。

本次共發(fā)放620份調(diào)查問卷，收回有效問卷598份。統(tǒng)計結(jié)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(yuǎn)，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(xué)生上學(xué)遲到的問題。

二、設(shè)計原理

本裝置采用子母式主副無線聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)：戴在手腕上的是“鬧醒裝置”的副機(jī)部分，放在臥室床頭柜上的是“鬧醒裝置”的主機(jī)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(shù)，當(dāng)達(dá)到編程設(shè)定的50步測量指標(biāo)之后，會發(fā)出關(guān)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(wǎng)絡(luò)同步授時校準(zhǔn)，走時準(zhǔn)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(wǎng)站已預(yù)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(huán)裝置，另一塊作為鬧醒裝置的服務(wù)主機(jī)。

程序代碼分為基本功能代碼、時鐘顯示代碼、主副機(jī)的關(guān)聯(lián)三部分。為了讓陪讀家長的手環(huán)裝置和鬧醒裝置的服務(wù)主機(jī)有信號聯(lián)系，我們認(rèn)真地學(xué)習(xí)了Micro：bit主板編程方法，經(jīng)過反復(fù)編寫、修改、調(diào)試、下載，確認(rèn)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(shè)計

2.3D打印組件

3.連接電路

4.編程數(shù)據(jù)優(yōu)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(huán)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(shè)為49分貝。

四、創(chuàng)新點

（一）通過檢測行走的步數(shù)關(guān)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(shù)。

（二）本鬧鈴裝置可一物多用。它配備紅外熱釋傳感器，當(dāng)有人接近時，燈會自動增強(qiáng)亮度，滿足人們夜間照明的需要。另外，該裝置通過網(wǎng)絡(luò)同步授時校準(zhǔn)，走時精準(zhǔn)可靠。本裝置還可兼作家用藍(lán)牙音箱、智能臺燈、床頭燈。外觀精美，還能作為家里的藝術(shù)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(shù)達(dá)5000步以上，或者舉啞鈴起蹲次數(shù)達(dá)60次以上，才會停止鬧鈴。

五、致謝

感謝江蘇省興化中學(xué)的朱老師，他給我的實驗研究提供了很多幫助和建議，指導(dǎo)我們購置電子元件、編寫程序等。感謝市科學(xué)技術(shù)協(xié)會、發(fā)明協(xié)會的領(lǐng)導(dǎo)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(xué)校全體師生給予我們的幫助和鼓勵。（指導(dǎo)老師：朱石明）

專家點評

朱友明、王子范、徐晨皓等同學(xué)的計步式鬧醒裝置，是一件基于自己學(xué)習(xí)生活需要的小發(fā)明。

這項發(fā)明主要體現(xiàn)了幾位同學(xué)以下特點：

其一，具有良好的創(chuàng)新意識。當(dāng)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(dāng)使用者邁開腿達(dá)到一定的步數(shù)才能停止鬧醒的裝置，讓人在忍俊不禁中感受到作品創(chuàng)新的精妙之處。

其二，體現(xiàn)了三位發(fā)明人對創(chuàng)新實踐的內(nèi)在追求。本來，進(jìn)入高中階段，學(xué)習(xí)內(nèi)容多、任務(wù)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(shù)應(yīng)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(guān)開源軟件、傳感器、人工智能、3D打印等一系列知識與技術(shù)應(yīng)用的本領(lǐng)。

值得指出的是，同學(xué)們創(chuàng)新的視域可以更廣闊、更長遠(yuǎn)。如選取其他更富有積極意義而不是這種學(xué)習(xí)生活“內(nèi)卷”的項目，可能更利于自己的創(chuàng)新發(fā)展。

（欄目編輯? 秦銀銀）