一种基于感应的多功能智能时钟的制作方法

本实用新型涉及一种时钟，具体涉及一种基于感应的多功能智能时钟。

背景技术：

日常生活中我们经常要用到时钟，学生为了有效的提高学习效率与质量，掌握时间更离不开时钟。但是我们常常会遇到有的学生在做家庭作业或温习功课时，总是会拖的很久。有的学生做作业时有家长在身边，作业速度和质量就会好一些。事实上，大多数教育专家都不赞成家长陪孩子学习，会让孩子对家长产生强烈的依赖性。为了有效的掌握学生做作业时的状态，督促学生做作业时不要分心，帮助分析作业拖拉的原因，培养学生的时间紧迫感，让学生形成良好的学习规律。时钟简单的记时、显示功能已不能满足学生学习的需要，急需一种能自动记录学习时间状态并为时间管理提供分析依据，以及现场监督学习的多功能智能时钟。

技术实现要素：

本实用新型目的在于提供一种基于感应的多功能智能时钟，解决以上技术问题。

本实用新型的技术方案是：

所述一种基于感应的多功能智能时钟，包括主控模块、检测模块、语音模块、显示模块、时钟模块、存储模块、WIFI模块、电源模块，所述主控模块分别与所述检测模块、语音模块、显示模块、时钟模块、存储模块、WIFI模块、电源模块相连。所述电源模块分别与所述检测模块、语音模块、显示模块、时钟模块、存储模块、WIFI模块相连。

所述一种基于感应的多功能智能时钟，还包括手机客户端，所述手机客户端通过WIFI模块与主控模块通讯。

所述检测模块设有超声波传感器用于检测使用者是否存在于时钟装置前方80CM范围内(可调)，并把相应信息数据传输至所述主控模块；设有热释红外传感器用于检测使用者在时钟前方的波动状态，并把相应信息数据传输至所述主控模块；设有声音传感器，用于检测周围有无声音或音乐存在，并把相应信息数据传输至所述主控模块。

所述显示模块，用于接收所述主控模块的信息数据并驱动触摸显示屏进行显示。能够提供年、月、日、星期、时、分、秒、温度、重要日期(如高考)剩余天数、当日课程表、备忘事件提醒显示，以及闹钟、手动正计时、手动倒计时、感应倒计时显示。

所述显示模块触摸显示屏图标软按键，实现功能选择、闹钟设定、备忘内容查看、课程表查看、手动正计时清零，手动与感应倒计时时长设置、计时开启/关停。

所述语音模块，用于接收所述主控模块的语音数据并驱动播放单元进行真人语音播报或音乐响铃。

所述存储模块，设有Micro SD卡，用于存储主控模块发送的记录数据，存储预设参数、预置信息内容。

所述时钟模块，设有时间芯片与钮扣电池，时间芯片独立供电，保护时钟断电时时间模块工作正常。

所述WIFI模块用于进行手机客户端通讯，传递手机客户端、主控模块指令、数据，读取存贮记录。

所述手机客户端用于发送控制信号、参数设置，查看感应计时存储记录、进行时间管理分析、查看设置课程表、查看设置重要日期与内容、查看设置备忘内容与时间，校正时钟日期、时间。

所述主控模块用于分析处理数据，控制协调模块间的运行。

本实用新型的工作原理是：

本实用新型一种基于感应的多功能智能时钟利用超声波传感器检测是否有人在时钟前方80cm范围内，当有人时超声波电传感器接收到信号，输出高电平信号。主控模块通过采集的传感器信号，启动计时程序，记录存储有人与无人时间序列，并根据算法进行判断，进行语音督促。

本实用一种基于感应的多功能智能时钟利用热释电红外传感器在超声波传感器检测到有人存在时，判断人体波动状态。热释电传感器是对温度敏感的传感器，它能检测人或动物发射的红外线而输出电信号。当人体进入检测区，因人体温度与环境温度有差别，产生ΔT，则有ΔT输出；若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，无ΔT产生。所述检测模块利用这种传感器检测人体的活动传感，并传至所述主控模块启动计时程序记录时长，根据算法判断学生是否入睡，进行语音督促。

本实用新型多功能智能时钟利用声音传感器检测周围声音或音乐，通过调节声音阀值，在环境声音强度未达到设定阈值时，开关量输出接口输出高电平，当外界环境声音强度超过设定阈值时，开关量输出接口输出低电平。通过主控模块检测高低电平，由此检测环境的声音，启动计时程序记录声音持续时长，并根据预先设定进行判断，控制语音模块发出语音督促。

本实用新型多功能智能时钟利用WIFI模块将记录数据上传至手机客户端进行时间管理分析，为分析使用者学习行为提供依据。利用WIFI模块接受手机客户端控制信号与设置参数。

本实用新型的优点是功能齐全、目的明了、方便实用，通过一种感应精准的直观时间记录，直接的对使用者学习监督、督促或时间分析，促进使用者形成良好的学习习惯。

附图说明

下面结合附图，通过具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：

图1为总体结构模块图。

图中标号：1.主控模块，2.检测模块，3.显示模块，4.语音模块，5.时钟模块，6.存贮模块，7.WIFI模块，8.电源模块，9.手机客户端。

图2为本实用新型钟面特征示意图。

图中标号：10.钟面，11.显示屏，11A.当前日期显示区域，11B.重要日期剩余天数显示区域，11C.当前时间显示区域，11D.当前温度显示区域，11E.“菜单”图标按键，11F.“设置闹铃”图标按键，11G.“校正时间”图标按键，11H.“查看备忘”图标按键，11I.“查看重要日期”图标按键，11J就“查看课程表”图标按键，12.热释电红外传感器，13.超声波传感器，14.声音传感器，15.扬声器出声孔区域。

图3为本实用新型实施例的钟面显示屏显示示意图。

具体实施方式

附图1所示，一种基于感应的多功能智能时钟，包括主控模块1、检测模块2、语音模块3、显示模块4、时钟模块5、存储模块6、WIFI模块7、电源模块8、手机客户端9；所述主控模块1分别与所述检测模块2、语音模块3、显示模块4、时钟模块5、存储模块6、WIFI模块7、电源模块8相连，所述电源模块8分别与主控模块1、检测模块2、语音模块3、显示模块4、时钟模块5、存储模块6、WIFI模块7相连，所述手机客户端9通过WIFI与主控模块1通讯。如附图2所述检测模块2设有热释电红外传感器12、超声波传感器13、声音传感器14。

主控模块1选用Arduino UNO(R3版本)单片机。它是由一个开放源码的硬件平台和一套专门的软件开发环境组成。它可以读取开关和传感器信号。Arduino UNO R3采用的微处理器是ATmega328。该版本包括14数字输入输出IO，6个模拟输入IO等。

所述检测模块2，设有热释电红外传感器12，用于检测学生存在时钟前方的波动状态，并把并把相应信息数据传输至所述主控模块1；本实施方式选用HC-SR501热释电红外传感器，该传感器采用LHI778探头设计，灵敏度高，可靠性强，可实现700cm范围内的感应，感应角度小于120度。采用可重复触发方式，即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围内活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开或静止后才延时将高电平变为低电平。外接输出接口电源正极接+5V，电源负极接GND，out信号输出接主控模块1的数字引脚D6。

所述检测模块2，设有超声波传感器13，用于检测学生是否存在于时钟前方80cm范围内，并把相应信息数据传输至所述主控模块1；本实施方式选用HC-SR04超声波传感器，可实现2cm-450cm的非接触测距功能，感应角度小于15度，精度0.2cm+1％，。有一个4Pin供电及通信接口，1号VCC端接VCC电源(直流5V)；4号GND端接电路地。2号Trig端、3号Echo端分别与主控模块数字引脚D4、D5相连。

所述检测模块2，设有声音传感器14，可以检测周围环境的声音强度，用于检测周围有无声音或音乐存在，并把相应信息数据传输至所述主控模块1；选用Risym声音传感器，开关量输出接口连接主控模块1数字引脚D7，VCC接口外接5V电压，GND接口外接GND。

所述显示模块3为3.2寸USART HMI智能串口显示屏模块，该屏开发工作量小，触摸显示屏界面全部由配套的上位机软件完成，用户无需编写核心控制代码，只需要根据特定的通信协议，编写串口收发指令，就能够实现单片机和触摸屏的完美对接。选用型号为TJC3224T032_011R，16位真彩色RGB显示，带字库，可以自定义任何windows字库，电阻式触摸，分辨率400X240，通讯接口为USART串行接口，flash空间4M。串口接口RX、TX分别对应连接主控模块1TX、RX，5V端与GND接口分别接电源5V与GND。

所述多功能智能时钟功能按键采用触摸显示屏图形软按键。日常主屏状态为时钟显示状态，如附图2所示，主屏状态设有“M”菜单功能键图标11E、“A”设置闹钟功能键图标11F、“T”时间校正功能键图标11G、“N”查看备忘内容功能键图标11H、“D”查看重要日期功能键图标11I、“L”查看课程表功能键图标11J。

触摸“M”菜单功能键图标11E、可切换到功能键控制状态，屏幕出现“感应正计时”、“感应倒计时”、“手动正计时”、“手动倒计时”、“返回”功能选择按键图标，在功能键控制状态可完成功能选择与使用，按“返回”按键图标切换回主屏状态。

为了更直观的理解，提供实施例钟面显示屏显示示意图如附图3。

所述语音模块4包括扬声器、音频放大器，音频放大器与扬声器相连。提示声音文件事先录制并处理好，存放于所述存储模块1中的存储卡声音播放文件夹中，主控模块1根据要求选择所述存储模块1存储卡对应文件进行播放。声音文件采用.Wav格式，16MHz_Mono全速率单声道模式。正极与电源模块+5V相连，音频输入端接主控模块1D8，GND端接GND。

所述时钟模块5选用高精度时钟芯片DS3231，该芯片时钟精度：0-40℃范围内，精度2ppm，年误差约1分钟，带2个日历闹钟，可编程方波输出，实时时钟产生秒、分、时、星期、日期、月和年计时，并提供有效期到2100年的闰年补偿，芯片内部自带温度传感器，精度为±3℃，存储芯片：AT24C32(存储容量32K)，IIC总线接口，最高传输速度400KHz，带可充电电池LIR2032，保证系统断电后，时间参数不受影响。时钟芯片的电源与地分别与电源模块+5V与GND，时钟芯片的SCL、SDA分别与主控模块1的SCL、SDA相连。

所述存贮模块6包括Micro SD卡读写单元与MicroSD存储卡，所述主控模块1通过文件系统及SPI接口驱动程序完成MicroSD卡内的文件进行读写。存贮模块6共6个引脚，GND接地、VCC接+5V、MISO(SPI总线)接主控模块1D12、MOSI接主控模块1D11、SCK接主控模块1D13、CS(片选信号脚)接主控模块1D10。

所述WIFI模块7，选用ESP8266无线模块，ESP8266是一款超低功耗的UART-WiFi透传模块，支持无线802.11b/g/n，频率范围2.412GHz-2.484GHz。串口引脚采用与主控模块软串口连接，RXD、TXD接主控模块1D2、D3，VCC、CH_PD电源模块的3.3V，GND接GND。

所述电源模块8采用4节1.5V电池或外部5V电源供电两种方式，设有电源开关，外部电源插座采用方口USB母座，外部电源可以直接使用5V移动电源。所述电源模块8输出5V与3.3V电源，分别对各模块供电。

使用时，将本实用新型所述一种基于感应的多功能智能时钟置于使用者学习的写字台面，钟面10面对人体，打开电源开关。钟面10显示状态如附图2，显示屏11中当前日期显示区域11A显示当前年、月、日、星期，若预先设有重要日期，则重要日期剩余天数显示区域11B显示当前距重要日期剩余天数，若预先未设重要日期，则重要日期剩余天数显示区域11B为空白，当前时间显示区域11C显示当前时间，当前温度显示区域11D显示当前室内温度。

感应正计时，设有两种模式，模式A为按预设自习时间表检测，即由家长通过手机客户端预先设定好开始自习的时间BT，一节自习课时长CP，课间休息时长RP，离开时长最多限次LC、最长时长LL，自习结果时间ET。

当自习开始时间(BT)到，所述多功能智能时钟响起上课铃声，并进入感应正计时状态。

使用者在一节课自习时段(CP)内离开写字台次数或某次时长达到LC或LL时，当使用者重新回到写字台时，所述多功能智能时钟播放专心学习督促语音。

当一节自习课时长(CP)到时，所述多功能智能时钟响下课铃声，并暂停感应检测。待课间休息结束后，响起上课铃声，并重新进入感应检测计时状态。

在自习课时段内，若检测到周围有持续音响存在，则播放保持安静督促语音。若检测到使用者入睡，则响起叫醒铃声。

自习结束(ET)时间即自习放学时间到后，所述多功能智能时钟自动关闭检测状态。

感应正计时模式B为按连续自习时长检测。即由家长预先设定一次连续自习的时长CP，课间休息时长RP，离开时长最多限次LC、最长时长LL，自习结束时间ET。

感应正计时模式B操作方法：在主屏显示状态下按“M”菜单图标键11E，屏幕进入功能菜单界面，按“感应正计时”进入感应正计时B状态，按“开始，，图标键启动感应计时，显示状态回到主屏显示状态，若在功能菜单界面中按“返回”图标键，则不作操作返回主屏显示状态。

在设定的连续自习时段(CP)内，若学生离开写字台次数或一次时长达到LC或LL限定值时，所述多功能智能时钟在学生重新回到写台后播放专习学习督促语音，并将连续学习累计时长自动清零，计时重新开始。

当连续自习时长达到CP时，所述多功能智能时钟响起下课铃声。课间休息时间结束后，所述多功能智能时钟响起上课铃声，重新进入感应计时状态。

在自习时段内，若检测到周围有持续音响存在，则播放保持安静督促语音。若检测到使用者入睡，则响起叫醒铃声。

当到自习结束时间(ET)时，所述多功能智能时钟自动关闭检测。

若需手动停止自动感应，则按“M”菜单图标键11E，此时由于处在感应正计时B状态，屏幕会出现“当前感应正计时模式B已启动”，按“停止”图标键关闭感应计时，显示状态回到时钟状态。

若家长通过手机客户端设置了感应正计时为A模式，则按“M”菜单图标键11E，屏幕会出现“当前感应正计时模式A已使用”，屏幕只有“返回”图标键，使用者不能作任何修改操作，只能按“返回”图标键回到主屏显示状态。

感应正计时所有计时记录存储在所述存储模块6的Micro SD卡上，供所述手机客户端9事后调用查看与分析。

手动正计时操作方法：在主屏显示状态下按“M”菜单图标键11E，屏幕进入功能菜单界面，按“手动正计时”即进入手动正计时状态，按“开始”图标键启动正计时，显示状态出现计时时间，按“暂停”图标键可暂停计时，按“清除”图标键可清除累计时间，回到0时0分0秒状态，按“返回”图标键回到主屏显示状态。计时记录不作存储。

感应倒计时操作方法：在主屏显示状态下按“M”菜单图标键11E，屏幕进入功能菜单界面，按“感应倒计时”进入感应倒计时状态，按“小时”图标键递增循环设置小时数，最大可设置时为99，按“分钟”图标键递增循环设置分钟数，最大可设置时为59，按“开始”图标键启动感应倒计时，当人在智能钟正前方80厘米范围内自动开始计时，人离开区域后自动暂停计时，当计时到“0”时响铃提醒。按“暂停”图标键可暂停计时，按“返回”图标键回到主屏显示状态。计时记录不作存储。

手动倒计时操作方法：在主屏显示状态下按“M”菜单图标键11E，屏幕进入功能菜单界面，按“手动倒计时”即进入手动倒计时状态，按“小时”图标键递增循环设置小时数，最大可设置时为99，按“分钟”图标键递增循环设置分钟数，最大可设置时为59，按“开始”图标键启动手动倒计时，按“暂停”图标键可暂停计时，当计时到“0”时响铃提醒。按“返回”图标键回到主屏显示状态。计时记录不作存储。

通过时钟屏幕功能键面板方式设置闹钟操作方法：在主屏显示状态下按“A”图标键11F，即进入闹钟设置状态，并出现上次设置的闹铃时间，例如：06:30:00。按“分钟”图标键循环递增设置分钟数，按“小时”图标键循环递增设置小时数，按“确定”图标键确认，按“返回”图标键回到主屏显示状态。当定时闹铃或叫醒闹铃响铃时，触摸“A”功能键图标11F可关闭铃声。

通过时钟屏幕功能键面板方式校正日期时间操作方法：在主屏显示状态下按“T”图标键11G，进入校正时间状态，并出现当前日期与时间，按“增加”图标键递增增加数值，按“减少”图标键递减减少数值，按“移位”图标键循环选择年、月、日、时、分、秒，按“确定”图标键确认，按“返回”图标键回到主屏显示状态。

查看事件备忘操作方法：在主屏显示状态下按“N”图标键11H，即出现备忘内容显示，按“下一页”键查查看屏幕未显示的内容，按“上一页”键回看屏幕内容，按“返回”图标键回到主屏显示状态。

查看重要日期操作方法：在主屏显示状态下按“D”图标键11I，即出现重要日期、内容及至当前剩余天数，按“返回”图标键回到主屏显示状态。

查看当天课程操作方法：在主屏显示状态下按“L”键图标键11J，即出现当天课程显示，按“下一页”键查查看屏幕未显示的内容，按“上一页”键回看屏幕内容，按“下一天”图标键循环查看下一天的课程内容，按“返回”图标键回到主屏显示状态。

通过手机客户端9可完成下列任务：设置闹钟，校正时间，设置事件备忘，设置重要日期，设置一周课程表，感应计时模式A/B选择，设置自习课开始时间BT，一节自习课时长CP，自习课课间休息时长RP，自习课结束(放学)时间ET，自习时间内离开最多限次LC与一次最长时长限度LL，外部环境持续音响时长VL。查看学习状态时序记录清单，学习情况分析表。