一种喷雾式的移动端可控的智能唤醒装置的制作方法

本发明涉及一种基于arduino单片机和安卓app的喷雾式的移动端可控智能唤醒装置，属于电子信息领域。

背景技术：

目前市场上已经存在两类唤醒设备：传统的唤醒设备闹钟和一些新兴的智能唤醒设备如以iwaku灯为例的光唤醒灯等。

传统设备闹钟的不足之处在于：1.唤醒方式不友好，通过声音或者振动的方式将用户吵醒，使得用户在起床时会有一种不适感。唤醒是突然的，缺乏一个循序渐进的过程，很多用户在刚被唤醒的一刻，仍然会感到非常的困乏，所以有时不会选择起床而是接着休息2.会影响其他人休息，当用户存在其他舍友时，传统闹钟会不加区别地将一个房间内所有人同时唤醒，这可能使得本来不需要在特定时间段唤醒的用户也被吵醒，影响其他人的睡眠质量。3.缺乏反馈功能，传统闹钟的唤醒时间和音量大小都是用户事先设定好的，而实际使用过程中，用户往往存在忘记设定闹钟等情况，也就是说，用户的使用习惯并没有被唤醒装置所了解，从而影响用户智能化的体验。

光唤醒设备的不足之处在于：1.存在一定的盲区，由于光沿直线传播的特点，当用户背对光源的话，通过光线强弱的改变就很难达到唤醒用户的效果，而在实际使用过程中，用户在晚上睡觉的过程中难免有晚上翻身的情况，很容易陷入光照盲区之中2.唤醒成功率不高，由于人闭上眼后对光的感知能力有所下降，所以有时当光强在一定范围内变化时，用户存在察觉不到的情况。

基于现有智能唤醒设备的不足，我们从自然水雾唤醒的理念出发，设计出一种喷雾式的移动端可控的智能唤醒装置，为此需要解决5个技术问题：1.采集数据2.信号传输3.确定最优算法4.硬件系统工作5.进行手机APP开发。

在采集数据阶段，我们通过对雾量大小，水温和喷雾距离这三个变量与唤醒时间关系的研究，做了大量实验，建立一定的数据库，便于确定雾量及距离范围。在信号传输阶段，选择蓝牙模块作为载体，分为手机移动终端的信号发射装置和单片机上面的信号接收装置。在确定最优算法阶段，通过对用户每日唤醒时间和进入贪睡模式的次数进行记录分析，来确定最佳唤醒时间和喷雾量。在硬件系统工作模块，选用Arduino单片机作为主要开发版，负责信号的接收、处理和指令下达的功能；在手机APP模块，选择安卓平台作为开发环境，能够实现用户对唤醒时间和喷雾量上的调节。

技术实现要素：

本发明旨在针对市场上已有唤醒设备唤醒方式不友好、影响其他人休息以及缺乏反馈功能的不足，而提出的一种模拟水雾的全新唤醒装置。并结合手机移动终端，能够实现用户的自定义调节和远程控制。同时能根据用户每日唤醒时间和进入贪睡模式的次数反馈调节唤醒时间和喷雾量大小。

本发明方案所述的一种智能唤醒装置，包括：

单片机主控模块，用于接收手机终端发出的蓝牙信号，处理信号，控制雾化器的驱动与调节。

手机app模块，用于用户设置唤醒的时间以及雾量的大小，同时会记录用户每天的起床时间和进入贪睡模式次数。

信号传输模块，用于将手机的指令从手机的蓝牙信号发射装置传输到单片机的蓝牙信号接收装置。

水雾发生模块，用于产生超声波激发水产生水雾以达到唤醒用户的目的，调节功率的不同可产生不同湿度的水雾。

反馈模块，用于通过记录的每日用户唤醒时间和进入贪睡模式次数来确定当前最佳唤醒时间和喷雾量大小。

本发明的技术方案是：前期工作是真实实验数据的采集，通过对雾量大小、水温和喷雾距离这三个变量与唤醒时间关系的研究，做了大量实验。基于实验数据，本发明采用Arduino单片机作为核心开发版，外接超声波雾化器作为水雾发生装置，手机app基于安卓环境开发，并由蓝牙模块实现室内的无线控制。工作时用户先在手机app上设定好唤醒的时间和雾量大小，信号传给单片机后进入工作状态，到达指定时间之后，单片机触发超声波雾化器模块，喷出适量水雾将用户唤醒。

系统工作过程为：

步骤一：通过自主研发的手机app，用户设定唤醒装置工作的时间以及喷雾量的大小。其中喷雾量的大小会根据前期的实验设定一个有效区间范围，在用户的使用过程中会根据用户经常设置的数值来自动设定用户最适宜的喷雾量。

步骤二：到达指定时间后，单片机会喷出指定的雾量，持续时间最长1分钟，直到用户唤醒之后选择关闭

步骤三：如果用户在1分钟以内没有醒来关闭设备，装置会进入贪睡模式，在5分钟之后继续触发，直到将用户唤醒

步骤四：每次唤醒时间和雾量系统都会自动记录，便于分析用户特定的生活习惯与唤醒方式。用户唤醒的时间如果一周以内固定不变，系统会将此设置为默认唤醒时间。如果用户连续三天均启动贪睡模式，系统会在下一天将喷雾时间扩大10％，水雾湿度扩大5％，以达到更好的唤醒效果。

有益效果

本发明具有以下优点：

1.模拟自然水雾，唤醒方式友好，用户舒适度好

2.采用触觉方式唤醒，不会干扰到其他人的休息

3.逐步唤醒用户，消除被突然吵醒带来的身体不适

4.具有反馈功能，能够根据用户自身的体验来调节模式。

附图说明

图1为项目模块组成框图

图2为算法流程框图

图3为超声波加湿原理示意图；

图4为典型超声波加湿器电路图。

具体实施方式

为了更好地说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实施例对本发明的实施方式做进一步说明。

本发明的前期工作是真实数据的采集，通过多次试验，得出数据，分析唤醒效果与水温、水量大小、喷雾距离的关系如下

本发明所述的手机app模块具有设定时间、控制雾量大小、记录存储用户每天的唤醒时间等数据的功能，以便于反馈分析。雾量大小在app的操作界面上是用一个滑动进度条来表示，代表相对大小，经过前期的实际试验数据，我们设定它的变化范围为“湿度％---％”，滑动进度条便可调整其相对大小。

本发明所述的所述的手机app模块能够记录数据便于反馈，比如当用户连续一周都在7：30起床，那么系统会判断出在这一时期内用户的习惯是在7：30起床，那么即使第二天用户忘记设置起床时间，系统也会默认用户的起床时间是7：30。其次，若用户连续三天以上都未能成功在1分钟中之内被唤醒，即用户启动了贪睡模式，系统记录到贪睡模式连续三天启动之后，会判断用户这一阶段的睡眠程度较深，所以系统一方面在喷雾持续时间上会有10％的延长，另一方面，在喷雾量上，也会提高5％的水雾湿度，以达到更佳的唤醒效果。

本发明所述的信号传输模块具有将信号通过手机蓝牙模块传输到arduino单片机的蓝牙接收模块当中的功能。相比于红外模块，蓝牙模块具有无方向限制的优点，相比于WiFi模块，蓝牙模块具有无需联网即可实现传输的优点。而且在卧室，一般5—10m的传输距离就可实现要求，所以蓝牙模块是完全可以符合设计需求的。

本发明所述的单片机主控模块是采用arduino单片机作为控制模块。Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台。包含硬件(各种型号的Arduino板)和软件(Arduino IDE)。它构建于开放原始码simple I/O介面版，并且具有使用类似Java、C语言的Processing/Wiring开发环境。Arduino能通过各种各样的传感器来感知环境，通过控制灯光、马达和其他的装置来反馈、影响环境。板子上的微控制器可以通过Arduino的编程语言来编写程序，编译成二进制文件，烧录进微控制器。对Arduino的编程是利用Arduino编程语言(基于Wiring)和Arduino开发环境(基于Processing)来实现的。

本发明所述的单片机主控模块具有接收蓝牙信号，编译代码和执行用户命令的功能。单片机上已经有预先编好的代码，其加载有时钟芯片，当用户设定的时间与时钟芯片输出的时间经过检验匹配时，则输出高电平，此时单片机的一个输出引脚获得电压，电压驱动用导线连接的超声波雾化器开始工作。超声波雾化器放置在自己设计的一个塑料容器当中，容器中配有的风扇接通以后，会推动水气按照指定方向喷出，达到喷雾的效果。如果想要改变喷雾量，只需改变风扇的转速，而风扇的转速是和接入电压成正比的，那么只需改变输出引脚的电压即可，本装置根据实际试验设定了0.7V—5V的电压值，分别对应风扇不同的转速和雾化器的喷雾量大小。

本发明所述的水雾发生模块的工作原理为：

超声波雾化器工作时，控制阀将水箱内的水通过净水器净化后，注入雾化池，换能器将高频电能转换为机械振动，把雾化池内的水处理为超微粒子的雾气，雾气在风机(风扇)产生的气流作用下吹入室内，完成了为空气加湿的任务。

超声波加湿器采用高频震荡(震荡频率为1.7MHz，超过人的听觉范围)，通过雾化片的高频谐振，将水抛离水面而产生自然飘逸的水雾。其原理图如图3所示。市场上典型的超声波加湿器电路图如图4所示，该电路由电源电路、喷雾电路和加热电路构成，具体介绍如下：

a.电源电路

旋转电位器Wl使它的触点接通，220V市电电压，通过熔断器FU输入后，第一路通过双向晶闸管为加热器电路供电；第二路通过变压器T降压输出72V、12V两种交流电压其中，72V交流电压经桥式整流器整流，C1滤波后产生72V左右直流电压，不仅为换能器D和振荡管Q6供电，而且通过R12限流使指示灯D1发光，表明电源电路已工作；12V交流电压经桥式整流堆整流，再经C7滤波后，为直流风扇电机供电。

b.喷雾控制

当电位器Wl的开关触点接通，并且容器内的水位正常时，C1两端的电压通过S3、R7使Q5导通，由Q5的e极输出的电压经R10、Rll加到振荡管Q6的b极，使Q6在L1、L2、C3等组成的电感三点式振荡器起振，产生的脉冲电压使换能片D产生高频振动，最终将水盒内的水雾化，在风扇电机的配合下吹向室内，实现加湿的目的。调节电位器Wl可改变振荡管Q6的b极电流，也就可以改变振荡器输入信号的放大倍数，控制了换能器D的振荡幅度，实现加湿强弱的控制。W2是可调电阻，用于设置最大雾量和整机功率的。

本发明所述的反馈模块具体的算法为，当用户连续1分钟没有按下单片机上的停止按钮时，系统便会认为此时用户没有被唤醒，则装置会在5分钟后继续喷雾，直到将用户唤醒。同时系统会记录用户唤醒的时间和进入贪睡模式的次数。用户被唤醒的时间如果一周以内基本固定不变，系统会将此设置为默认唤醒时间。如果用户连续三天均启动贪睡模式，系统会在下一天将喷雾时间扩大10％，水雾湿度扩大5％。