Mixly開源項目設計14：制作一個免打擾鬧鐘

吳俊杰

“鬧鐘”是非常常見的創客作品的主題，我們發現凡是跟人的生活和健康密切相關的產品，其價值總會高一些，如一個LED在閃爍，雖然做成一個閃燈和做成一個鬧鐘或做成一個用來美容護膚的光波美容裝置的原材料的成本都是類似的，但卻因為同一個原理用在了具有不同附加值的領域，它們的價格就產生了很大的差別。這就如同寫作文，使用同樣的文字，不同的組合、不同的對象、不同的時機就自然產生了不同的價格。本次，我們設計的是一個免打擾鬧鐘，它安裝在眼罩中，當設定的時間到來時，眼罩會發出紅色的閃光，被眼睛接收到，達到叫醒使用者的目的。相對于聲音或者震動的叫醒方式，這種原理的鬧鐘對他人的影響更小一些。

制作：制作一個眼罩鬧鐘的原型

原型階段是創客作品常常需要經歷的一個設計階段，這個階段的核心要求是制作一個核心功能完善的樣本，用于檢驗這件作品最基礎的設置。此次制作需要一個UNO主板作為主控，一個旋鈕來設定多長時間發出警報，一個LED來表示警報來臨。在原型階段的接線，我們之前常常采用繞線器來完成，繞線器的優點是方便制作作品，便于將電路圖和實物鏈接對應起來，但其效率和速度遠不如面包板。因此，此次的連線階段，我們使用面包板來實現。

如圖1所示，面包板兩側標有“+”號和“-”號的兩行都是相互導通的，中間abcde這個單元同一列之間是相互導通的，fghij這個單元中同一列也是相互導通的，但不同的單元之間是不導通的。從中我們能夠看出，旋鈕的最外側引腳實際上和棕色的線之間是導通的，同理中間引腳和綠色的線導通，另一側引腳和紅色的線導通。

如果將面包板的背膠撕去，我們可以更加明顯地看到這種連通關系，如圖2所示。

導通的行或者列背后是用同一塊鐵片連接的，這樣我們可以使用面包板更加快速地將旋鈕和UNO主控板連接起來。具體的連接方式為，中間的線連A0端口，兩側分別接5V和GND端口，如圖3所示。

我們將旋鈕旋轉到GND接線的一側，重啟主控板的電源，此時會看到主板上的L指示燈開始閃爍，這就是免打擾鬧鐘開始運行時程序的執行效果。稍稍旋向5V一側，我們便能夠看到指示燈不再閃爍，這表示系統已經進入鬧鐘提醒模式，這時連接串口監視器可以得知幾分鐘以后LED開始閃爍，如圖4所示，系統顯示8分鐘后LED開始閃爍。

我們將旋鈕旋轉到不同的位置，就可看到定時提醒功能的效用，如將旋鈕旋動到5V的時候，我們可以看到旋鈕會在480分鐘也就是8小時之后開始閃爍。這樣我們就完成了鬧鐘原型的制作，接下來我們需要將其改裝為一個真正可以使用的鬧鐘。

改裝：完成免打擾鬧鐘的制作

首先，我們來規范一下電路圖的連接圖，如圖5所示。

按照圖5連接電路，裁剪3段6cm寬、80cm長的布條，在中間的布條上用繞線器接線，接著前后各覆蓋一層布條，讓導線和LED都被包裹在布條里，然后用縫紉機或者針線封口，就形成了如圖6所示的眼罩。需要特別強調的是，在制作眼罩的過程中，需要注意測量眼睛的瞳距以適應不同用戶的需求。

其次，給旋鈕設計一個操控面板，旋轉旋鈕到不同的位置（如圖7），然后結合串口反饋的數值，記錄鬧鐘的設置結果，標記在紙盒上，形成操作面板。

這樣，我們就完成了定時提醒免打擾鬧鐘的設計和制作，圖8是鬧鐘的使用效果，利用眼前的閃爍的紅光可以有效地叫醒熟睡中的用戶。

如果需要改進這個鬧鐘，可以在電路上添加一個蜂鳴器，這樣除了閃光之外，還有一個聲音提醒功能確保有效叫醒。如圖9所示，這是創客項目中常常使用的用模擬電路來達到數字電路效果的做法。

玩轉：使用系統計時器

從程序的角度來看，這個項目一開始期望做一個8小時的鬧鐘，如圖10所示，但效果并不理想。

后來，我們發現原來是程序有些偏差，那就是延時效果始終是錯誤的，這時我們用串口監視器查看變量item的數值發現其竟然出現了負數，這是為什么呢？原來主要的錯誤在于變量的類型，整數型變量的數值變化范圍是-32768～32768，而需要換算的范圍的最大值28800000卻超出這個范圍很多倍；從而導致數據出現錯誤，如圖11所示。

因此，我們對這個程序進行了改進，主要有兩個關鍵點：一是建立變量time表示等待時間，但是time的單位是秒而不是毫秒，這樣其最大值縮小了1000倍，變為28800，就不再超出數據范圍了；二是用系統運行時間/1000的結果與設置的鬧鐘時間相比較，然后判斷是否執行鬧醒程序，這樣程序在執行的過程中不斷地顯示串口反饋出的設定好的鬧醒時間，可便于對旋鈕進行標定，如圖12所示。

此外，還要對部分旋鈕在旋動到0的時候偶爾出現的數據漂移現象進行修正，讓A0數值小于10的時候，time的數值始終設定為0。我們通過不斷地解決算法方面的一些問題，既學習了數據結構方面的知識，又提高了解決問題的能力。

分享：基于產品的學習

至此，一個可以用來售賣的創客DIY套裝就完成了。我們之前曾經描述過這樣一種觀點：一個已經下載好程序的主控板的價格和一個沒有任何程序的主控板的價格是不同的，因為在下載程序的過程中，程序設計者的知識產權價值得到了體現。而在家庭創客空間孵化課程的淘寶店上，則允許用戶自己出版DIY套件，只需要使用相應的元器件設計出一個DIY產品，像這個免打擾鬧鐘一樣，淘寶店主就會將其制作稱為一個DIY套件并且像正規出版社一樣向作者支付知識產權的費用，如圖13所示。

這樣做就避免了學生不知道分享一個創客作品以后能夠有哪些具體的收益的問題發生。我們將創客教育中通過一個模塊可重用的產品的設計的過程來體現算法思維、設計思維、建模思維、產品思維即創客思維提升過程的學習方式稱為基于產品的學習。在這一學習方式中，學生不再只是被動地做一個東西，而是很有可能成為一個新的流行單品的設計者。這個過程，打破了課堂的限制，突破了學校的圍墻，學生的收獲將是真實的社會和整個人生。

本案例的分享視頻將會在以下公眾號中陸續登載。