基于蓝牙技术的新型眼镜设计及应用

桂林电子科技大学机电工程学院 彭 涛 刘东静 樊亚松 梁海志 王思宇 曾 勇 杜润嘉

1 引言

眼睛是心灵的窗户，丰富多彩的世界需要我们用眼睛去感知和认识。作为一名深度近视患者，只有借助眼镜才能感知世界的色彩。据卫生组织调研发现，现在近视的高发群体从原来20岁左右逐渐下降到14岁以下，甚至有调查显示苏南女生近视率高达93%，这一结果是触目惊心的[1]。中国少儿近视率成为世界第二问题不容忽视。佩戴近视眼镜成了我们日常生活中的一种常见现象。对于深度近视患者来讲，寻找不到眼镜时会有一种不安全感，尤其是光线不充足的情况下，如何快速寻找眼镜放在何处成为亟待解决的难题。随着科技的进步，蓝牙技术走进了人们的视线，蓝牙眼镜应运而生。许多学者对蓝牙眼镜进行了研究，如万华兵提出一种自拍蓝牙眼镜，通过蓝牙与手机连接，具有自拍功能、音乐功能和通话功能。谢东庆提出一种骨传导蓝牙眼镜，该方法解决了近视患者佩戴蓝牙耳机装饰性不好与接听电话不方便的问题。张荣等人提出了智能运动蓝牙眼镜，通过在镜腿上安装指示灯、USB插孔和SD卡槽，以及开关/拍照按键及录音/录视频按键等，让户外运动者便捷携带。本文针对近视患者在寻找眼镜过程中遇到的难题，提出采用蓝牙技术将报警提示和发光双重定位集合于一体的结构设计装置，给深度近视患者定位寻找眼镜带来福音。

2 蓝牙技术

2.1 蓝牙来源

“蓝牙”一词最早来源于一千多年前的某个丹麦皇帝的名字，他对四分五裂的瑞典、芬兰、丹麦的统一有着不朽的功劳。瑞典Ericsson为这种即将成为全球通用的无线技术命此名，大有一统天下的含义[2]。

蓝牙最早于1998年6月开始步入了标准化进程，并且在1999年7月在它的主页（www.bluetooth.com）上公布了第一个技术规范，即蓝牙1.0版规范。在此后的18年间，蓝牙得以快速发展，据悉将要推出5.0版本。而蓝牙能够快速发展的主要原因是得益于它属于一种低耗能无线连接技术，可以进行点对点的通信拓扑，主要用于跨设备流传输音频、传输数据和广播信息[3]。

2.2 蓝牙的未来发展

蓝牙从诞生到现在历经18年，但它的发展却是迅速的，虽然在它诞生之后的5年内，蓝牙的发展不太尽如人意，但是就像诺基亚的一位专家总结所说的“也许我们在短期内过高估计了蓝牙发展成熟速度，但我认为，我们仍然过低的估计了蓝牙长期的发展潜力。”事实证明，蓝牙的发展确实如此。

对于未来蓝牙的发展，漫游功能将被开发。对于目前的蓝牙技术，它虽然可以在微网络和扩大网之间进行切换，但每次切换都必须断开与当前PAN连接，这将使得一些信息将不会断开。同时蓝牙的应用将会在智能家居、移动通信、网络教育、汽车电子等大放异彩[4-9]。例如从2012～2020年，蓝牙的无线通讯技术在智能家居的应用上，年复合增长上高达241%，应用内容已经高达86个应用蓝牙技术，如门锁、车库、窗帘和厨房等，可以推测在智能家居的应用上，蓝牙技术的功能将发挥的淋漓尽致。因此，在轻工业仪器仪表方面如眼镜上，蓝牙技术的前景必锐不可当。

3 蓝牙眼镜结构设计

3.1 设计介绍

眼镜是近视患者不可缺少的日常生活用品。对于深度近视患者来讲，戴上眼镜，清晰可见；摘除眼镜，雾里看花。尤其是晚上光线不充足的情况下，如何快速寻找眼镜放在何处位置成为近视患者的困扰。本文正是针对这一问题，提出一种基于蓝牙的眼镜结构。该结构利用手机蓝牙与眼镜蓝牙进行连接匹配定位，再在原有的眼镜结构（镜框体、镜桩和镜腿）上加入弹簧开关、电池、充电接口、LED灯、蓝牙模块、弹簧开关和蜂鸣器装置。

3.2 结构组成

该蓝牙眼镜具体结构设计如图1所示，其中图1为弹簧开关，2为第一LED灯，3为第二LED灯 ，4为蓝牙模块， 5为电池 ，6为合页铰链， 7为蜂鸣器 ，8为充电接口， 9为镜腿前段， 10为镜腿后段， 11为镜桩，12为镜框体。

镜腿在充电接口处被分成由合页铰链连接的前段和后段两部分，前段与镜桩铰接，这样摘下眼镜后稍稍分开镜腿两段就可以使充电接口外露，方便充电。充电接口设在镜腿前段与镜腿后段相邻的端头，这样做的好处是眼镜处于佩戴时，充电接口隐藏于镜腿，既保护了充电接口又不影响外观。第一LED灯与第二LED灯发出色彩不同的光，这样做的好处是更加醒目，便于寻找。电池为整个电路提供电能。弹簧开关设置在镜腿的前段与镜桩铰接的端头，在佩戴眼镜时为断开状态；不戴眼镜时为闭合状态，佩戴眼镜时弹簧开关受力挤压时断开，电路断开；不戴眼镜时不受力，弹簧开关自动弹出并闭合，电路导通，可以通过受力自动感知眼镜是否处于佩戴状态来自动启、停电路。所述蓝牙模块具有蓝牙发射、接受和指令处理等功能，本结构设计中采用蓝牙4.0芯片来实现这些功能。镜腿为眼镜左右腿中的任意一个，本例为右腿，如图2所示。眼镜处于佩戴状态时，镜腿前段和镜桩相互接触受力使安装在镜腿前段上的弹簧开关受力并处于压缩状态，此时弹簧开关断开，电路处于停止工作状态；当摘下眼镜时，镜腿前段和镜桩不再相互受力，此时弹簧开关自动弹出打开开关，启动电路，同时蓝牙模块开启蓝牙，当需要寻找眼镜时，打开手机蓝牙和眼镜蓝牙进行连接，连接成功后通过手机发送指令蓝牙模块，蓝牙模块控制第一LED灯、第二LED灯闪烁发光和蜂鸣器鸣叫，快速确定眼镜位置。

图1 结构示意图

图2 镜腿前段的结构示意图

3.3 结构特色

该结构主要特色有三点，具体内容如下：

(1)互换性强：本设计眼镜镜腿与镜桩的连接是现有的铰链连接，方便拆卸和安装，因此可以将镜腿安装到各种眼镜上，互换性、通用性强。

(2)自动化程度高：首先，在镜腿上设置的弹簧开关，眼镜佩戴时受力压缩，开关处于关闭状态，摘下眼镜时，弹簧开关自动弹出启动电路，开启蓝牙；不用设置专门的控制开关装置。

(3)双重定位：通过发光和发声来感知定位，无论是白天还是晚上，定位效果大大提高。

4 结论

针对目前大多数深度近视患者在日常生活中摘下眼镜后寻找眼镜不便利的困扰，尤其是晚上光线比较弱的情况下，如何快速定位寻找眼镜位置，成为亟待解决的问题。本文提出了一种集普通眼镜框架、蓝牙模块、蜂鸣器、充电接口、弹簧开关和LED灯于一体的新型眼镜结构，该结构通过手机与蓝牙眼镜进行连接匹配定位，使蓝牙眼镜上的蜂鸣器发出报警声和LED灯珠发光提示，同时将此时眼镜的距离反馈到手机上，进行双重定位。该眼镜结构具有互换性强、自动化程度高和双重定位方便寻找的优势，给高度近视患者带来福音。

[1]北京大学中国健康发展研究中心.国民健康视觉报告[M].2016,6.

[2]杨悦,刘超,陈永泰.蓝牙技术及其原理[J].电信快报,2002(2):17-20.

[3]https://www.bluetooth.com/zh-cn.

[4]焦聘武.前景诱人的蓝牙技术及其在远程、移动、网络教育中的应用展望[J].电化教育研究,2006,9:41-43.

[5]夏百战,何怀文,黄惠玲.一种基于手机蓝牙的多功能教学辅助系统[J].中国现代教育装备,2010,21:34-36.

[6]陈宜建,杨全会,周利.基于蓝牙技术的LED智能照明系统[J].信息技术,2016(10):88-90.

[7]于建锋,顾平林,陈茜.蓝牙技术在汽车中的应用[J].时代汽车,2017:15-16.

[8]蔡云骐.基于蓝牙信标的k-means指纹定位算法研究[J].电子世界,2017:177-121.

[9]唐述强,梁本仁,王伟,王世臣.基于蓝牙技术的北斗手机伴侣的设计与实现[J].电子世界,2017:177-121.