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树袋熊睡眠监测仪
作者：SherryLee
一、作品简介
树袋熊睡眠检测仪是我为2024 DigiKey创意大赛所设计的作品，本作品的主要功能是监测体征参数、睡眠指标和环境参数，并上传数据云平台，可以用手机等终端实时查看和操控。
本作品的MCU为ESP32-S3-WROOM 模组，并使用了SEEED MR60BHA1 60G毫米波雷达、Adafruit SGP30气体传感器、ST7789 1.14寸LCD屏幕模块和12*12*14 4脚立式微动开关等元件。
不同于一般创客电子项目的是，我在外观上花费了心思，设计了PCB、外壳和面板，最终呈现的作品可以将其作为装饰物放置于室内，作为家居智能产品，不会因裸漏的PCB板、电子元件和突兀的造型影响室内的美观和带来不适感。
二、系统框图
当我确定参赛项目后，并没有着急制作作品，而是先确定总体思路。今年的大赛与往年不同的地方在于物料选择范围较少，这就导致会有大量创意相似相同，因此我认为，今年的大赛，比起创意的选择和作品的复杂程度，更加比拼的是作品的质量，如何将简单的想法做得质量更高是今年大赛的重点。至于项目本身，构架其实比较简单，如框图所示，主要是ESP32S3连接各元件并通过WIFI用MQTT连接到ThingsCloud云平台，数据通过直接在网页进行云平台设置就行了，无代码化就可以实现终端互连，最后动动鼠标做好APP的界面，就可以在移动端查看数据了。
如图所示，最终手机app实现的效果与平台网页端完全一致，这种依赖现有平台的方法可以加快开发流程，快速搭建美观使用的各端app。
三、各部分功能说明
首先对外观和立意进行了研究，因为是睡眠监控项目，因此我选用了树袋熊这个卡通形象，树袋熊作为澳大利亚国宝，以慵懒可爱的形象和每日长达14-22小时的睡眠时间闻名，用树袋熊的形象作为作品的外观再合适不过了，在找到满意的树袋熊头部素材后制作成面板的形式，这里两个眼睛作为可按下的鼓包处理，鼻子处设置透明区域作为屏幕显示，如下图：
下一步设计PCB，摆放好主要使用到的元件模块，元件均在正面摆放，承接面板的设计，按钮在眼睛下，屏幕在鼻子下，这样就不会有裸漏的PCB板或者电子元件了。
最后3D建模外壳和支架，需要5个M3螺丝，打印装好后从外观看像是可爱的动物立牌。
根据官方的datasheet，眠雷达有两种工作模式，实时模式比较注重实时监测人体的各项数据，实时性更强；睡眠模式专注分析睡眠的各项参数，上报数据的频次会更低。因此除了设备本身可以通过按键切换模式外，在app端也可以操控切换工作模式。此外睡眠雷达内置算法芯片，会以串口的方式通信上报各类数据，这部分比较基础，但网上没有写好的python库，于是按照手册通信协议写好库即可实现数据互通。
空气质量也是影响睡眠质量和身体健康的重要指标，SPG30传感器可以监测空气中的CO2和TVOC含量，此传感器比较常见，I2C协议，网上有现成的库，直接拿来用即可，就不再赘述。
显示部分，由于想保持外观的一致性，以此显示区域较小，使用了一块1.14寸的st7789屏幕模块，虽然屏幕小，但是ui依然要美观，因此框架采用了lvgl，自行编译了esp32s3 micropython lvgl的固件，可以简单显示心跳或者呼吸频率曲线，或者显示空气质量参数，同时设备切换模式时会有提示，屏幕背光可以通过按键点亮或者关闭，当屏幕关闭时与面板融为一体，保持了设备的美观。
按键的逻辑也是简单易用：左眼键为显示切换键，可在空气质量数据和人体体征界面进行切换，这样即使不通过云平台也能及时查看数据；右眼键为功能切换键，按下即可在即时模式和睡眠模式之间切换，当然也可以通过云平台下发指令来切换模式；双键同时按下为熄屏功能，可以保证不影响睡眠，与家居环境融为一体，再按任意键即可唤醒点亮屏幕。
四、作品源码
由于本作品代码较多，就不浪费篇幅在此粘贴具体代码，感兴趣的朋友可去下载中心查阅，有完整详细的代码，在此仅仅列举文件目录结构。
源码链接：https://bbs.eeworld.com.cn/my/home.php?cur=myhome&act=download
项目源码说明 src/
├── fonts/
│ ├── font20.bin LVGL用字体文件
├── pics/ 屏幕显示素材文件夹，包含了4个用到的png和一个gif
├── lvgl_init.py lvgl屏幕驱动初始化程序
├── lvgl_ui.py lvgl ui代码
├── mymqtt.py mqtt类封装
├── simple.py micropython标准的mqtt库
├── sgp30.py spg30驱动库
├── SLEEP_RADAR.py 根据手册写的睡眠雷达库
├── main.py 主程序
五、作品功能演示视频
b站视频演示：
六、项目总结
首先感谢本次大赛给我这次难得的机会，免费提供了主要物料，能让我锻炼提升自己设计电子作品能力的同时尽情发挥创意。
目前在睡眠体征监测领域，最常见的就是各类手表手环，对比此类设备，使用睡眠雷达的优势有：1、无需与身体接触，这种非接触式的方法减少了佩戴设备的麻烦，特别适合那些对佩戴设备感到不适或有皮肤敏感问题的人。2、使用方便，放置固定好后可以全天候工作，不受设备电量、佩戴位置等因素的影响，几乎一劳永逸。3、相比手表手环跟随人、睡眠雷达跟随床位，在一些医疗等公共场合使用更加方便。对于我这种既怕麻烦不想充电、又很注重睡眠体验，睡觉时候不想佩戴任何东西的人来说，睡眠雷达的体验是优于手表手环的。本次的作品经过不断测试和完善，用起来已经比较稳定，目前我已经将这次的作品已经放置于家中卧室长期使用，无论此次大赛能否成为获得奖项的幸运儿，每次使用和看到自己设计的作品，满满的成就感和喜悦就是对创作者最好的奖励！