睡眠环境智慧监测与调节系统的设计高婉莹胡恩泽黄锦泉潘玮孙伟伟摘要：文中设计并实现了一种基于51单片机以及Android平台的智慧睡眠监测与调节系统。该系统包括主控芯片、数据采集模块、数据传输模块、数据显示模块及手机APP五部分。系统通过人工智能分析，对用户的睡眠环境进行调节，从而有效预防因用户生活压力过大而出现睡眠不良的情况。测试结果表明：该系统性能稳定，测量精度高，具有很强的推广应用价值。关键词：51单片机;Android;睡眠环境;APP;数据传输;远程控制：TP272;TP319文献标识码：A：2095-1302（2020）11-00-040引言人类生命的三分之一都处在睡眠中，睡眠是人类调整新陈代谢、进行身心恢复的重要环节。随着生活节奏的日益加快，越来越多的人因为生活压力而出现睡眠障碍。睡眠障碍是指在睡眠过程中出现的各种影响睡眠的异常表现，它因身体某系统的功能失调引起，能够直接影响人类的睡眠结构、质量及之后的恢复程度[1]。睡眠时间少、质量差、不规律等情况会使人疲惫劳累、精神不振并影响食欲[2]。在长期睡眠不佳的情况下，人们甚至会出现神志混乱、暴躁不安的症状。基于此，优化睡眠环境，提高睡眠质量对促进人们身心健康发展具有重要作用。目前市场上的家居睡眠环境监测系统实现的功能有限，大多数停留在只监测不调节的阶段。但环境的变化具有不确定性，若不能及时对睡眠环境进行调节，则无法从根本上保障用户的睡眠质量。基于此，本研究开发了睡眠环境智慧监测与调节系统，该系统基于大数据的传感器感知及硬件控制技术，将采集到的温湿度、光照强度和烟雾浓度数据上传至APP中，根据用户上传至数据库中的数据进行人工智能分析，从而得到优化建议。该系统除能够完成对睡眠环境的实时监测外，还实现了对睡眠环境的智能调节，以保障用户睡眠环境，改善用户睡眠质量。1影响睡眠的主要环境因素优化睡眠环境是提高睡眠质量的有效方法。通过文献调研，系统拟对部分睡眠环境因素进行调节。（1）温度经大量实验证明，人体最佳睡眠温度是20～22℃。温度过高，人体在睡眠过程中可能会出现血压升高、心慌等不良反应;温度过低，将导致人體出现打鼾、呼吸暂停、嗜睡等症状。因此，将温度维持在最适温度是本系统的核心功能之一。（2）湿度最适合人体的环境湿度为45%RH～75%RH，若湿度过高，短时间内会导致人体湿热、乏力，长时间甚至会导致风湿病和支气管炎等疾病的发生;若湿度过低，则会让人体产生口渴、皮肤干燥、眼睛干涩等不良反应，也不利于人体的睡眠。（3）光照强度过于明亮的环境可能会引起失眠。英国《生理学报告》杂志上发表的一项研究显示，褪黑素是一种能够促进睡眠的荷尔蒙，而睡眠时暴露在明亮光线下可能导致人体停止生成褪黑素，进而影响睡眠质量，引发失眠问题。（4）空气粉尘浓度调查结果显示，接触二氧化氮和PM2.5颗粒越多，睡眠效率低下的可能性越大。美国华盛顿大学医学助理教授马莎·比林斯说：“人的鼻子、鼻窦和嗓子后部都会受到这些污染物的刺激，因此可能导致睡眠中断，还有呼吸问题。”比林斯还说，污染物进入血液可能对大脑产生影响，并影响呼吸的稳定。所以，减少空气中的颗粒也是提高睡眠质量的有效途径之一。2系统总体设计本系统以优化睡眠环境、提高睡眠质量为初衷，主要针对普通家庭用户和医院病房。系统整体结构由主控模块、数据捕捉模块、存储模块、显示模块、传输模块、控制模块、数据库模块和Android客户端模块组成。系统组成如图1所示。3系统硬件设计系统硬件部分主要由主控模块、数据捕捉模块、传输模块、存储模块和显示模块组成[3]。3.1主控模块设计系统采用STC89C51单片机作为主控模块，外围搭载了数据传输模块、数据捕捉模块、存储模块和显示模块，其作用是控制各模块间的数据交互和转换[4]。将STC89C51单片机作为连接DHT11温湿度传感器、蜂鸣器、LCD1602显示屏、CSR8635蓝牙模块和ESP8266WiFi模块等部件的桥梁，协助完成各模块间的数据交互和转换。其中，DHT11温湿度传感器连接P3.7引脚，蜂鸣器连接P2.3引脚，LCD1602显示屏连接P0引脚，ESP8266连接P3.0和P3.1引脚。STC89C51单片机原理如图2所示[5]。3.2数据捕捉模块设计该系统的数据采...