CN206118145U - 一种助眠灯及其操控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种助眠灯及其操控系统，用于解决人睡眠质量低下的问题，睡眠质量低下，导致白天精神恍惚，影响学习、工作、生活等方方面面，长此以往可能对人体健康造成很大的危害，导致身体亚健康。本实用新型实施例包括：主控单片机和RGB调光电路；所述RGB调光电路与主控单片机进行连接；所述RGB调光电路包括RGB灯珠和调光驱动电路；所述调光驱动电路设置有用于增大驱动电流的N沟道增强型MOS管以及电流检测电路；所述电流检测电路包括运算放大器和低阻值采样电阻，所述运算放大器的一端与所述低阻值采样电阻的一端进行连接，另一端与单片机的ADC端口进行连接。

Description

一种助眠灯及其操控系统

技术领域

本实用新型涉及灯具及其电路设计技术领域，尤其涉及一种助眠灯及其操控系统。

背景技术

现阶段由于生活节奏的逐步加快，人们在工作、学习、生活等各方面的压力越来越大，再加上作息时间不规律，人们的睡眠质量受到一定程度的影响。据调查显示，有50％以上的受调查群众有入睡缓慢以及睡不踏实的现状。此外，传统闹钟的突然唤醒方式严重影响人们的生物钟，将可能使人们产生心慌、情绪低落、醒后疲劳、强烈悬空感等异常不适。如果在深度睡眠中被突然唤醒，那么思考问题及解决问题的能力将严重受损。人有三分之一的时间在睡眠中度过，睡眠质量低下会导致白天精神恍惚，影响学习、工作、生活等方方面面，长此以往可能对人体健康造成很大的危害，导致身体亚健康。

在国内的市场中，有各种各样的传统类型助眠产品，传统的助眠方式有食物或者药物助眠、音乐助眠、改善睡眠环境等，而传统的食物或者药物助眠可能给人体带来副作用，音乐助眠的效果并不明显。在市场上，将智能监测、助眠、自然唤醒结合起来的智能助眠产品较少，并且市场已有的智能助眠产品价格都相对较高，超过了普通人可接受的消费水平，所以智能助眠产品未能大面积普及。

因此，寻找一种可以助眠的灯具成为本技术领域人员所研究的重要课题。

实用新型内容

本实用新型实施例公开了一种助眠灯及其操控系统，用于解决睡眠质量低下的问题，且睡眠质量低下，导致白天精神恍惚，影响学习、工作、生活等方方面面，长此以往可能对人体健康造成很大的危害，导致身体亚健康。

本实用新型实施例提供了一种助眠灯，包括：主控单片机和RGB调光电路；

所述RGB调光电路与主控单片机进行连接；

所述RGB调光电路包括RGB灯珠和调光驱动电路；

所述调光驱动电路设置有用于增大驱动电流的N沟道增强型MOS管以及电流检测电路；

所述电流检测电路包括运算放大器和低阻值采样电阻，所述运算放大器的一端与所述低阻值采样电阻的一端进行连接，另一端与单片机的ADC端口进行连接。

可选地，还包括香薰及负离子发生器驱动电路；

所述香薰及负离子发生器驱动电路与所述主控单片机进行连接；

所述香薰及负离子发生器驱动电路包括风扇驱动电路、雾化器驱动电路以及负离子净化器驱动电路；

所述风扇驱动电路包括风扇和N沟道增强型MOS管，所述风扇一端连接电源，另一端连接所述N沟道增强型MOS管；

所述雾化器驱动电路包括雾化器和N沟道增强型MOS管，所述雾化器一端连接电源，另一端连接所述N沟道增强型MOS管；

所述负离子净化驱动电路包括负离子净化器和N沟道增强型MOS管，所述负离子净化器一端连接电源，另一端连接所述N沟道增强型MOS管。

可选地，还包括温湿度传感器和噪声传感器；

所述温湿度传感器与所述主控单片机进行连接；

所述噪声传感器与所述主控单片机进行连接。

可选地，还包括RTC实时时钟电路以及RTC芯片备用电源电路；

所述RTC实时时钟电路与所述主控单片机进行连接；

所述RTC芯片备用电源电路与RTC实时时钟电路进行连接。

可选地，还包括蜂鸣器驱动电路，所述蜂鸣器驱动电路与主控单片机进行连接；

所述蜂鸣器驱动电路包括蜂鸣器以及三极管，所述蜂鸣器一端与电阻连接，另一端与三极管进行连接。

可选地，还包括蓝牙通讯模块，所述蓝牙通讯模块与主控单片机连接。

可选地，还包括外壳、显示屏、按键；

所述外壳为长方柱形外壳；

所述显示屏安装在所述外壳的一侧上方；

所述按键设置于显示屏的下方。

可选地，所述显示屏为OLED显示屏。

可选地，所述按键为机械按键；

所述按键包括菜单选择按键、确认按键以及返回按键。

本实用新型提供的一种助眠灯操控系统，包括：移动终端以及助眠灯；

所述移动终端与所述助眠灯蓝牙通信连接。

从以上技术方案可以看出，本实用新型实施例具有以下优点：

本实用新型提供的一种助眠灯及其操控系统，其中本实用新型提供的一种助眠灯包括主控单片机和RGB调光电路；所述RGB调光电路与主控单片机进行连接；所述RGB调光电路包括RGB灯珠和调光驱动电路；所述调光驱动电路设置有用于增大驱动电流的N沟道增强型MOS管以及电流检测电路；所述电流检测电路包括运算放大器和低阻值采样电阻，所述运算放大器的一端与所述低阻值采样电阻的一端进行连接，另一端与单片机的ADC端口进行连接。本助眠灯能帮助人安稳入眠，提高了人的睡眠质量，从而降低人患有亚健康的几率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例中提供的一种助眠灯的RGB调光电路示意图；

图2(a)为本实用新型实施例中提供的一种助眠灯的香薰及负离子发生器驱动电路中的风扇驱动电路示意图；

图2(b)为本实用新型实施例中提供的一种助眠灯的香薰及负离子发生器驱动电路中的雾化器驱动电路示意图；

图2(c)为本实用新型实施例中提供的一种助眠灯的香薰及负离子发生器驱动电路中的负离子净化器驱动电路示意图

图3(a)为本实用新型实施例中提供的一种助眠灯的RTC实时时钟电路示意图；

图3(b)为本实用新型实施例中提供的一种助眠灯的RTC芯片备用电源电路示意图；

图4为本实用新型实施例中提供的一种助眠灯的蜂鸣器驱动电路示意图。

具体实施方式

本实用新型实施例公开了一种助眠灯，用于解决睡眠质量低下的问题，且睡眠质量低下，导致白天精神恍惚，影响学习、工作、生活等方方面面，长此以往可能对人体健康造成很大的危害，导致身体亚健康。

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚和详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1、图2(a)、图2(b)、图2(c)、图3(a)、图3(b)和图4，本实用新型实施例中提供的一种助眠灯的一个实施例包括：主控单片机和RGB调光电路，需要说明的是，主控单片机为STM8S105C6单片机；

RGB调光电路与主控单片机进行连接；

RGB调光电路包括RGB灯珠和调光驱动电路；

调光驱动电路设置有用于增大驱动电流的N沟道增强型MOS管以及电流检测电路；

电流检测电路包括运算放大器和低阻值采样电阻，运算放大器的一端与低阻值采样电阻的一端进行连接，另一端与单片机的ADC端口进行连接；需要说明的是，运算放大器为TLC2274运算放大器。

本实施例中，在主控制电路中加入RGB调光电路，通过调光电路可以做到色温可调、亮度可调的智能小夜灯发出柔和橙红色的灯光，促进人体褪黑素的分泌，以增强人们的睡意。

进一步地，还包括香薰及负离子发生器驱动电路；

香薰及负离子发生器驱动电路与主控单片机进行连接；

香薰及负离子发生器驱动电路包括风扇驱动电路、雾化器驱动电路以及负离子净化器驱动电路；

风扇驱动电路包括风扇和N沟道增强型MOS管，风扇一端连接电源，另一端连接N沟道增强型MOS管；

雾化器驱动电路包括雾化器和N沟道增强型MOS管，雾化器一端连接电源，另一端连接N沟道增强型MOS管；

负离子净化驱动电路包括负离子净化器和N沟道增强型MOS管，负离子净化器一端连接电源，另一端连接N沟道增强型MOS管；

本实施例中，通过香薰及负离子发生器驱动电路可以做到使香薰及负离子发生器产生芳香与小粒径负离子，芳香与小粒径负离子是自然的健康助眠因子，香味具有改变人们心理状态的效果，很多植物散发的香味有助于我们舒缓神经，精神放松，快速入眠。

进一步地，还包括温湿度传感器和噪声传感器；

温湿度传感器与主控单片机进行连接；

噪声传感器与主控单片机进行连接；

本实施例中，通过温湿度传感器以及噪声传感器，本产品可监测入睡环境的温湿度以及噪声情况，同时保存数据并生成相应的曲线。用户可在第二天醒来后查看一整晚的环境情况，从而得知睡眠过程中是否有环境因素不经意干扰到自己的睡眠，以提醒自己采取相应措施改善。

进一步地，还包括RTC实时时钟电路以及RTC芯片备用电源电路；

RTC实时时钟电路与所述主控单片机进行连接；

RTC芯片备用电源电路与RTC实时时钟电路进行连接。

进一步地，还包括蜂鸣器驱动电路，蜂鸣器驱动电路与主控单片机进行连接；

蜂鸣器驱动电路包括蜂鸣器以及三极管，蜂鸣器一端与电阻连接，另一端与三极管进行连接。

进一步地，还包括蓝牙通讯模块，蓝牙通讯模块与主控单片机连接。

进一步地，还包括外壳、显示屏、按键；

外壳为长方柱形外壳；

显示屏安装在外壳的一侧上方；

按键设置于显示屏的下方。

进一步地，显示屏为OLED显示屏；

本实施例中，采用了显示效果更佳、消耗电量更低、使用寿命更长的OLED双色屏幕。OLED自发光，其显示效果比LCD显示屏更明亮、更细腻，理论上也更省电。本作品中使用的OLED显示屏尺寸为0.96寸，分辨率为128*64，正常工作时功耗仅仅只有0.04W，同时驱动方便，仅需要2个I/O口。

进一步地，按键为机械按键；

按键包括菜单选择按键、确认按键以及返回按键。

上述是对本实用新型提供的一种助眠灯进行结构上的详细描述，下面将对本实用新型提供的一种助眠灯的操控系统进行详细的描述，本实用新型提供的一种助眠灯操控系统的一个实施例包括：

移动终端以及助眠灯；

移动终端与助眠灯蓝牙通信连接。

上述是对本实用新型提供的一种助眠灯的操控系统进行详细描述，下面将以一应用方法对本助眠灯进行更加详细的描述，请参阅图1、图2(a)、图2(b)、图2(c)、图3(a)、图3(b)和图4，本实用新型提供的一种助眠灯的一个应用例包括：

本智能助眠灯通过三个环节来改善人们的睡眠质量：

睡眠环境检测。通过温湿度传感器以及噪声传感器，本产品可监测入睡环境的温湿度以及噪声情况，同时保存数据并生成相应的曲线。用户可在第二天醒来后查看一整晚的环境情况，从而得知睡眠过程中是否有环境因素不经意干扰到自己的睡眠，以提醒自己采取相应措施改善。

过光与嗅觉结合的助眠方式来增加用户的睡意。

嗅觉助眠：芳香与小粒径负离子是自然的健康助眠因子，香味具有改变人们心理状态的效果，很多植物散发的香味有助于我们舒缓神经，精神放松，快速入眠。此外，空气中的负离子具有粒径小活性高的特点，较目前多数人工释放的大中离子更易透过人体的血脑屏障，对失眠、自主神经功能紊乱有着较显著的疗效。本作品通过内置超声波雾化器将滴精油分子完整释放于空气之中，产生最佳的芳疗效，并在此同时通过内置负离子发生器释放负离子，无需外力的作用即可扩散至空间内的各个角落，使人们享受静怡的舒畅感。

光助眠：通过色温可调、度可调的智能小夜灯发出柔和橙红色的灯光，促进人体褪黑素的分泌，以增强人们的睡意。

助眠台灯主要分为手机app操控和机械按键操控两种方式。

其一按键操控配合OLED屏进行界面的显示。OLED屏采用128*64的0.96寸屏幕作为显示屏幕，该屏幕功耗极低。可以在没有手机的情况下，配合按键进行台灯的模式设置。主要功能有设置闹钟，修改时间，修改台灯的亮度和色温，修改台灯的运行模式。修改时间可以通过直接修改时间数据来矫正时间。设置闹钟默认为唤醒型闹钟，本闹钟会提前15分钟进行光唤醒，然后再闹钟设定的时间下进行铃声唤醒。修改台灯的亮度可直接调节亮度值，但是色温只能限定在四种颜色，粉红，暖黄，淡蓝，橙红。需要进一步调节台灯的颜色可以通过手机app端来进行。修改台灯的运行模式主要包含了助眠模式，读书模式，休闲模式和自定义模式。助眠模式是通过开启橙红色的小夜灯，开启加湿和香薰功能，还有开启负离子来进行助眠。读书模式是开启预先调节好的，适合看书的灯光来进行阅读书籍。休闲模式主要是几种彩色灯循环变化，营造轻松的气氛。自定义模式可以通过设置色温，香薰和加湿的开启，负离子的运行，从而设定自己喜欢的台灯运行模式。

助眠灯的硬件配置介绍：

单片机：随着工艺的成熟，8位单片机价格逐渐下降，成为单片机芯片的主流品种。新一代8位单片机芯片系列品种繁多，如ST公司的STM8内核系列、MicroChip公司的PIC系列及兼容芯片、MCS-51系列及兼容芯片、ATMEL公司的AVR系列等。

由于本智能助眠台灯面向众多消费者，除了考虑性能、功耗等因素外，价格因素也是极其重要的一点。相比较于其他种类的单片机，STM8单片机是目前8位MCU市场上功能较完备、性价比较高的主流品种之一。其主要特点是功耗低、集成的外设种类多、可靠性高、价格低廉，是中低价位控制系统的首次芯片之一。

综合考虑，本作品采用STM8S105C6作为系统主控芯片。STM8S105C6工作电压较广，范围为2.95～5.5V，性价比较高。

RGB调光电路：RGB调光部分主要有大功率高亮度的RGB灯珠极其驱动电路构成。由于单片机I/O口驱动电流较小，不足以驱动大功率LED，因此采用了N沟道增强型MOS管以增大驱动电流，从而解决了电流驱动硬件电路问题。为实现智能调光以达到准确控制颜色变化，每个LED电路中均独立设置了一个电流检测电路，将相关信息反馈到单片机I/O口，通过相关调光算法，单片机对反馈量进行相应的数据处理，控制RGB输出回路电流以便控制RGB颜色及亮度变化，从而达到智能调光的目的。

香薰及负离子发生器驱动电路：为节省成本和方便控制，香薰和负离子发生器驱动电路相互独立，只需控制单片机I/O口电平输出状态，控制驱动电路开关管的通断情况，从而控制香薰或负离子发生器的工作状态。

环境监测传感器：为了准确测试并记录入睡时环境中的温湿度变化情况，本作品采用了DHT21数字温湿度传感器。DHT21数字温湿度传感器响应快、抗干扰能力强、性价比极高、体积较小、功耗极低，其湿度分辨率为0.1％RH(精度为3％RH)，温度分辨率为0.1℃(精度为1℃)，温度量程范围为-40～80℃。

用户在入睡过程中，环境中的噪音也是影响睡眠质量好坏的一个潜在因素，因此本智能助眠灯加入了噪音传感器，能够有效测试周边环境噪声。

RTC实时时钟：由于本系统需设计万年历，对时间计时精度要求较高，假设利用单片机内部定时器来设计，该过程中对数据的处理(包括进位、月份天数、闰年与否等)显得相当繁琐，而且程序占用系统内部存储空间也较大，精度一般(STM8S105C6单片机内部HSI系统时钟频率误差小于0.5％，但24小时的误差还可能高达24*60*0.5％＝7分钟)，因此本系统采用了DS1302实时时钟芯片来实现该功能。

实时时钟电源采用双电源供电(主电源与锂电池备用电源)，即使总机开关处于关闭状态，实时时钟依旧可以正常运行以保证时钟的精确性。如果使用过程中用户发现时钟失常，可通过手动调节来校准时钟。

屏幕显示及按键输入：

相比较于传统的LCD显示屏，本作品屏幕显示部分采用了显示效果更佳、消耗电量更低、使用寿命更长的OLED双色屏幕。OLED自发光，其显示效果比LCD显示屏更明亮、更细腻，理论上也更省电。本作品中使用的OLED显示屏尺寸为0.96寸，分辨率为128*64，正常工作时功耗仅仅只有0.04W，同时驱动方便，仅需要2个I/O口(IIC通信)。

输入部分采用机械按键，同时每个按键并上滤波电容进行滤波(减少机械按键的扰动)。

蓝牙通讯：为方便控制，用户可通过手机APP对系统进行相应的控制与设置。APP与系统的通讯方式采用蓝牙通讯(此处采用现成的HC-05主从一体蓝牙模块)。

助眠灯的算法控制与主从通讯

调光算法：

通过电流采样电流将各回路电流作为反馈量，通过增量式PID使各回路电流逼近期望值，从而保证RGB的颜色比例能达到设定值。

主从通讯：在本硬件电路设计方案中，主要采用了蓝牙串口模块HC05来进行与手机上的App进行互相通信，本方案的优点是硬件结构简单，不用涉及复杂的蓝牙协议，极大的减少了硬件和软件的开发时间，同时也节约了成本。

在软件的通信协议方面，主要的方案有两个：1.自定义通信协议，也就是通过发送特定的标志位来接收特定的数据，从而完成单片机与手机App间的通信。2.运用成熟的数据通信格式，即josn数据格式。

方案1的主要优点是通信数据简单化，一次的发送数据量比较少，可以稍微减少蓝牙的功耗，但是其缺点也是十分突出的，可移植性不强，并且通信及其不稳定，数据错误率比较高，而且自定义通信数据格式会使App的开发工作量加大，极大的降低了App的开发效率。

方案2的主要优点是josn格式是一种通用的成熟的数据格式，所以在硬件结构一样的情况下，通信质量比方案1的更加高质量，因为josn格式数据主要以‘{’和‘}’来创建一个通信字符串，所以比起方案1josn格式通信的容错率相对较高，标准化的格式还能极大的提高可移植性，方便本作品的二次开发。但对比方案1缺点就是同样发送一条指令，josn格式发送数据会多出一倍的多余数据，所以功耗相对稍微提高。

综合方案1和方案2的优缺点，最后本作品中优先采用了方案1的通信数据格式。

在单片机中如何解析josn格式数据也是一个比较难解决的问题，虽然josn数据格式有一个专门的c josn库，但是cjosn库主要运用在电脑中运行，因为cjosn库比较大，有几M的代码量，而stm8最大只有64K的flash，所以把cjosn库中直接移植到单片机中运行明显是不可行的，但是cjosn库涉及到了josn格式的方方面面，而本设计中仅仅只是需要用到解析josn格式数据和生成josn格式数据的函数，所以通过读懂cjosn库，把cjosn库中的功能进行部分移植，最后解决了josn格式的解析和生成问题。主要原理是通过读取标志位字符‘{’，‘：’，‘“’等来进行josn数据格式的拆分。

助眠灯优化方向

结构优化

按键优化：将机械按键改换为触摸按键，能使外观更加简洁美观并增加趣味性。

外壳优化：外壳改换3D打印能减少不必要的空间，尽可能提高体积的空间的使用率，并可以将灯的主体部分改为圆台形状，更贴近床头灯的设计。

水槽优化：增大水槽体积以延长香薰续航时间

软件优化

增加定时模式：给香薰、负离子、小夜灯增加定时开关功能，使用户可以在入睡后关闭，以节省电能。

增加更多自定义模式，由用户自主选择，使用更加方便。

APP界面进行优化，并添加云服务，用户睡眠数据可上传到服务器，结合云计算进行相应的数据分析，对于现阶段睡眠质量情况分析有重要意义。

硬件电路优化

合并主控板和调光驱动板，将RGB-LED通过引线连出至反光杯。

优化布线，将PCB把体积缩小，优化接口位置，缩短传感器与主控板之间的连线距离。

助眠灯控制的源代码：

以上对本实用新型所提供的一种助眠灯以及其操控系统进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种助眠灯，其特征在于，包括主控单片机和RGB调光电路；

所述RGB调光电路与主控单片机进行连接；

所述RGB调光电路包括RGB灯珠和调光驱动电路；

所述调光驱动电路设置有用于增大驱动电流的N沟道增强型MOS管以及电流检测电路；

所述电流检测电路包括运算放大器和低阻值采样电阻，所述运算放大器的一端与所述低阻值采样电阻的一端进行连接，另一端与单片机的ADC端口进行连接。

2.根据权利要求1所述的助眠灯，其特征在于，还包括香薰及负离子发生器驱动电路；

所述香薰及负离子发生器驱动电路与所述主控单片机进行连接；

所述香薰及负离子发生器驱动电路包括风扇驱动电路、雾化器驱动电路以及负离子净化器驱动电路；

所述风扇驱动电路包括风扇和N沟道增强型MOS管，所述风扇一端连接电源，另一端连接所述N沟道增强型MOS管；

所述雾化器驱动电路包括雾化器和N沟道增强型MOS管，所述雾化器一端连接电源，另一端连接所述N沟道增强型MOS管；

所述负离子净化驱动电路包括负离子净化器和N沟道增强型MOS管，所述负离子净化器一端连接电源，另一端连接所述N沟道增强型MOS管。

3.根据权利要求1所述的助眠灯，其特征在于，还包括温湿度传感器和噪声传感器；

所述温湿度传感器与所述主控单片机进行连接；

所述噪声传感器与所述主控单片机进行连接。

4.根据权利要求1所述的助眠灯，其特征在于，还包括RTC实时时钟电路以及RTC芯片备用电源电路；

所述RTC实时时钟电路与所述主控单片机进行连接；

所述RTC芯片备用电源电路与RTC实时时钟电路进行连接。

5.根据权利要求1所述的助眠灯，其特征在于，还包括蜂鸣器驱动电路，所述蜂鸣器驱动电路与主控单片机进行连接；

所述蜂鸣器驱动电路包括蜂鸣器以及三极管，所述蜂鸣器一端与电阻连接，另一端与三极管进行连接。

6.根据权利要求1所述的助眠灯，其特征在于，还包括蓝牙通讯模块，所述蓝牙通讯模块与主控单片机连接。

7.根据权利要求1所述的助眠灯，其特征在于，还包括外壳、显示屏、按键；

所述外壳为长方柱形外壳；

所述显示屏安装在所述外壳的一侧上方；

所述按键设置于显示屏的下方。

8.根据权利要求7所述的助眠灯，其特征在于，所述显示屏为OLED显示屏。

9.根据权利要求7所述的助眠灯，其特征在于，所述按键为机械按键；所述按键包括菜单选择按键、确认按键以及返回按键。

10.一种助眠灯操控系统，其特征在于，包括:

移动终端，以及如权利要求1至9中任意一项所述的助眠灯；

所述移动终端与所述助眠灯蓝牙通信连接。