畢業設計說明書題目：智能老人睡眠監護裝置產品設計工藝設計方案設計√類型：學生姓名：學號：學院：電子信息工程學院專業：物聯網應用技術班級：學校指導教師：企業指導教師：2016年04月29日摘要據有關數據統計，全世界約有70%的人們睡眠尚未達到深度睡眠，失眠、難入睡、早醒多夢、翻身次數多等睡眠障礙勢必將對身心健康產生影響。而在科技快速發展的今天，為了讓監護人員加深對老年人身體狀況的了解，提供可靠的數據來源。所以設計了“智能老人睡眠監護裝置”。該設計由led燈亮滅模塊，數碼管顯示模塊，人體紅外感應模塊以及arduino主板來構成硬件電路。通過程序來控制各個電路運行。程序簡潔易懂。硬件電路連接簡易。容易上手操作。主要用于監控老人睡眠情況。通過人體紅外傳感器來監測老人是否起床，人體紅外傳感器把監測到的數據發送給arduino主板，主板根據程序來控制led燈的亮滅，并且記錄led燈的亮滅次數，再把led燈的亮滅次數由數碼管顯示出來，從而反應出老人晚上的睡眠情況。為老年人身體狀況的分析提供了可靠的數據。極大地加深了監護人員對老年人健康程度的了解。關鍵詞：監護；智能；記錄；簡單目錄1．緒論 1．緒論由于現今很多年輕人都外出打工，導致“空巢老人”的增長。而老年人的問題也日益增多，加上子女對老年人的重視與關愛，所以老年人方面的產品是一個很大的市場。睡眠是一件功效很好的事情，睡眠不好的話會誘發很多的疾病，這就是老年人為什么不能失眠的原因，老年睡眠少會誘發的疾病老年癡呆就是其中一種，研究證實，干休所高齡離退休老年人睡眠質量較差，睡眠質量與認知損害存在相關性。因此，從積極防治各種慢性疾病著手，注意結合老年人的性格特征、生活習慣、家庭環境等，給予積極生理、心理干預，重視改善老年人的睡眠質量，有利于延緩認知功能損害進程。所以老年人一定要想盡辦法改善睡眠。而老年人的問題大多數是日常生活中的一些問題，所以產品的設計基本都是面向老年人日常生活方面的。這次我的設計主要針對老年人睡眠方面的問題智能老年人睡眠監護裝置。2．工作原理及功能要求2.1工作原理當老人起床時，紅外傳感器感應到后，發送信號到Arduino主板。主板開始對數據處理并按照代碼進行相應動作。如果接收到的信號是1，led燈就會開始緩慢亮起；如果接收到的信號是0，led燈就會熄滅。Led燈的亮滅次數會通過數碼管顯示模塊顯示出來，從而反映老人一個晚上的睡眠情況。2.1.1數碼管顯示模塊工作原理數碼管要正常顯示，就要用驅動電路來驅動數碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數字，因此根據數碼管的驅動方式的不同，可以分為靜態式和動態式兩類。①靜態顯示驅動：靜態驅動也稱直流驅動。靜態驅動是指每個數碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅動，或者使用如BCD碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅動。靜態驅動的優點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多，如驅動5個數碼管靜態顯示則需要5×8＝40根I/O端口來驅動，要知道一個89S51單片機可用的I/O端口才32個呢：），實際應用時必須增加譯碼驅動器進行驅動，增加了硬件電路的復雜性。②動態顯示驅動：數碼管動態顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態驅動是將所有數碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數碼管的的COM端，就使各個數碼管輪流受控顯示，這就是動態驅動。在輪流顯示過程中，每位數碼管的點亮時間為1～2ms，由于人的視覺暫留現象及發光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩定的顯示數據，不會有閃爍感，動態顯示的效果和靜態顯示是一樣的，能夠節省大量的I/O端口，而且功耗更低。圖2.1（a）共陰極圖2.2(b)共陽極圖2.1（a）共陰極圖2.2(b)共陽極2.1.2LED燈模塊工作原理1個原子中的電子有很多能級，當電子從高能級向低能級跳變時，電子的能量就減少了，而減少的能量則轉變成光子發射出去。大量的這些光子就是激光了。LED原理類似。不過不同的是，LED并不是通過原子內部的電子躍變來發光的，而是通過將電壓加在LED的PN結兩端，使PN結本身形成一個能級（實際上，是一系列的能級），然后電子在這個能級上躍變并產生光子來發光的。新型LED顯示屏件有功耗低、亮度高、壽命長、尺寸小等優點該模塊分為VCC.GND.IN這3個腳，VCC接5V電源，GND接地，IN接控制腳。IN輸出0，則LED燈熄滅，若IN腳輸出為1，則LED燈亮起。2.1.3人體紅外模塊工作原理普通人體會發射10um左右的特定波長紅外線，用專門設計的傳感器就可以針對性的檢測這種紅外線的存在與否，當人體紅外線照射到傳感器上后，因熱釋電效應將向外釋放電荷，后續電路經檢測處理后就能產生控制信號。這種專門設計的探頭只對波長為10μm左右的紅外輻射敏感，所以除人體以外的其他物體不會引發探頭動作。探頭內包含兩個互相串聯或并聯的熱釋電元，而且制成的兩個電極化方向正好相反，環境背景輻射對兩個熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產生釋電效應相互抵消，于是探測器無信號輸出。一旦人侵入探測區域內，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，于是輸出檢測信號。

為了增強敏感性并降低白光干擾，通常在探頭的輻射照面覆蓋有特殊的菲泥爾濾光透鏡，菲泥爾濾光片根據性能要求不同，具有不同的焦距（感應距離），從而產生不同的監控視場，視場越多，控制越嚴密。傳感器的光譜范圍為1～10μm，中心為6μm，均處于紅外波段，是由裝在TO－5型金屬外殼的硅窗的光學特性所決定。該人體紅外模塊分為VCC.GND.OUT這3個腳，VCC接5V電源，GND接地，OUT腳接IO口。可以通過改變引腳的連接來選擇主板讀取到的值為模擬值還是數字值。通過旋鈕開關來決定人體紅外傳感器工作的范圍大小和角度。2.2功能要求 LED燈實現緩慢亮滅功能B.數碼管可正常顯示LED燈的亮滅次數C.人體紅外傳感器可正常輸送數據3．設計內容3.1設計方案A.當人體紅外傳感器感應到物體時，arduino主板控制LED燈開始逐漸亮起。沒感應到物體時，LED燈再逐漸熄滅。B.LED燈的亮滅次數通過arduino板顯示在單個數碼管上。C.按下復位鍵后，數據全部清除，程序開始重新跑，重新記錄LED燈亮滅次數。3.2元件清單表3.1材料清單表名稱數量金額Arduino（UNO）主板142元數碼管顯示模塊13元LED燈模塊 1 7元人體紅外感應模塊112元杜邦線若干5元3.3系統框架圖圖3.1系統框架圖4．設計調試4.1硬件調試在硬件組裝調試的過程中，由于購買器件時沒注意看引腳的連接方式，導致連接出現問題，后來還是找同學幫忙才找到子母杜邦線，因此耽誤了幾天。以后購買元器件的時候一定會更加細心，避免出現此類問題。在調試的過程中主要運用了數字萬用表。首先參照事先設計好的原理圖仔細檢測在實物中是否有接錯不當的地方(主要檢查集成電路的引腳與導線是否出錯接錯和是否出現了短路)，若檢測到有，立即糾正。避免給實物通電之后，出現意外。然后用數字萬用表檢測實物中是否有不導通的地方，若有短路等現象，立即修正。以防通電后不能工作。完成上一步之后，給實物通電后，進行調試。4.2軟件調試程序分為人體紅外模塊讀取，數碼管顯示控制和LED燈控制3個子函數。在調試過程中，打開串口助手，看見人體紅外讀取回來的數據很亂也變得很快。一直以為是程序哪個地方設置出了問題。后來就用最簡單的程序來驗證，發現問題同樣是出現的。一直煩惱了好多天。經老師提醒后才想到會不會是硬件的問題。經過幾天的分析和查證。原來是因為人體紅外傳感器的靈敏度太高，導致感應異常，達不到預計的效果。后來用膠布把人體紅外傳感器裹了一層，才把靈敏度降下來。開始達到了自己預計的效果。沒過多久就又發現數碼管又一個數字“7”顯示異常。用其他的簡單程序驗證，發現沒問題，排除了硬件問題。一直在程序里看設置是否錯誤。好在程序不是特別長。經過2天的反復驗證，發現原來是因為程序里有2個定義的數一樣發生沖突，導致數碼管顯示異常的。把程序改好后，經過n次的實驗，設計全部達到了預計的效果，并沒有發生其他問題。至此這個設計就算是成功完成了。5．結論本次的設計主要是針對老年人睡眠情況的數據采集。為監護人員數據收集提供了便利。同時也方便了老年人自己對自己身體健康狀況的了解。為老年人的健康生活提供了保障。這個設計不但適合養老院等養老機構使用，也適合老年人在家里自己使用。且結構簡單，使用便利。只要插上電源就可以使用。而且不占地方，并且省去了起床時開燈的麻煩，只要一起床就會自動緩慢亮起，避免燈光突然的亮起損傷眼睛。但是此設計的穩定性差，需要改進。因為人體紅外傳感器是場效應的。所以，會存在蠻大的誤報率，導致燈無法按實際要求亮滅。需要用其他方法來代替人體紅外傳感器實現收據數據的功能，從而降低設計的誤報率，來提高它的穩定性。數碼管顯示模塊的數據因為沒有加寄存器存儲數據，所以每次主板復位程序開始重新跑后，數據都會被清零，第二天也就無法去查詢前一天的數據了。

參考文獻王桂榮，李憲芝.傳感器原理及應用[M].北京:中國電力出版社，2010-05-01.戴佳，戴衛恒，劉博文.51單片機c語言應用程序設計實例精講（第二版）[M].北京:電子工業出版社,2008-13-01.MassimoBanzi,于欣龍,郭浩贇.愛上Arduino[M].北京:人民郵電出版社，2011-07.

致謝在此，要感謝指導老師對我的指導和建議，每次在我迷茫不知所措的時候，老師總是可以幫我指清道路，告訴我該往哪個方向去思考。每次和老師交流后，都會有種茅塞頓開的感覺。好多專業的問題，都是老師帶著我們一步一步解決的。雖然老師可以直接告訴我怎么做，但是老師總是深入淺出的講解，讓我自己慢慢的找到解決方法。老師的辛苦和付出，我們都是看得到的。千言萬語也只能說一句“老師，謝謝您，辛苦了”。同時也要感謝同學們的鼓勵和支持。當我缺少材料的時候，是你們伸出了雙手。即使大家都很忙，每個人都有自己的事情要做。但當你們聽到我的困難后，還是花著那所剩不多的時間來幫助我。給我提供便利。不是你們的支持和幫助，我也不可能在這有限的時間內完成自己的作品，是你們給了我溫暖，謝謝你們，可愛的你們。最后，感謝學校。謝謝學校為我們提供了一個非常棒的學習環境。實驗室為我們開發，工具可以借給我們用。而且，還可以讓大家聚在一起。有問題的時候可以馬上詢問老師或是同學。極大的提高了我們制作設計時的效率。謝謝你們。未來的路還很長，困難也會不斷出現。雖然到時你們都不在我身邊，但我自己會堅持，會努力。也會盡自己的力量去幫助那些需要幫助的人。把你們的這種樂于助人的情懷發揚起來。也為了能提升自己的人生價值。以后再會，敬愛的老師，親愛的同學們。

附錄數碼管顯示代碼：if(n==1){digitalWrite(w1,1);digitalWrite(a,1);digitalWrite(b,0);digitalWrite(c,0);digitalWrite(d,1);digitalWrite(e,1);digitalWrite(f,1);digitalWrite(g,1);delay(1000);}if(n==2){digitalWrite(w1,1);digitalWrite(a,0);digitalWrite(b,0);digitalWrite(c,1);digitalWrite(d,0);digitalWrite(e,0);digitalWrite(f,1);digitalWrite(g,0);delay(1000);}if(n==3){digitalWrite(w1,1);digitalWrite(a,0);digitalWrite(b,0);digitalWrite(c,0);digitalWrite(d,0);digitalWrite(e,1);digitalWrite(f,1);digitalWrite(g,0);delay(1000);}if(n==4){digitalWrite(w1,1);digitalWrite(a,1);digitalWrite(b,0);digitalWrite(c,0);igitalWrite(d,1);digitalWrite(e,1);digitalWrite(f,0);digitalWrite(g,0);delay(1000);}if(n==5){digitalWrite(w1,1);digitalWrite(a,0);digitalWrite(b,1);digitalWrite(c,0);digitalWrite(d,0);digitalWrite(e,1);digitalWrite(f,0);digitalWrite(g,0);delay(1000);}if(n==6){digitalWrite(w1,1);digitalWrite(a,0);digitalWrite(b,1);digitalWrite(c,0);igitalWrite(d,0);digitalWrite(e,0);digitalWrite(f,0);digitalWrite(g,0);delay(1000);}if(n==7){digitalWrite(w1,1);digitalWrite(a,0);digitalWrite(b,0);digitalWrite(c,0);