基于掌控板的心理健康作品《催眠小夜灯的设计制作》

作品说明

一、背景分析与设计要求

摘要：本作品是一台面向宿舍场景的助眠光疗灯，外形为 10.7×10.7×4.3cm 的方形木盒，正面嵌入掌控板 2.0，内部藏一条 25 颗的 WS2812 灯带。作品把临床睡眠医学中的「光疗法」与「4-7-8 呼吸法」叠在一起：用暖光缓慢亮灭去带动使用者跟着灯做深呼吸，把注意力从杂念转移到呼吸节奏上，从而缩短入睡前的辗转时间。整机设三种工作模式——平静模式（各 1 秒的均匀呼吸节律，用于情绪平复）、睡眠模式（4 秒吸气、7 秒憋气、8 秒呼气，用于诱导入睡）、照明模式（白光常亮，兼作台灯），并配套五色切换、亮度无级增减与语音播报提示。主控为掌控板 2.0，外接 DFRobot 语音合成模块 V2，全部功能由 Mind+ 图形化积木实现，结构件由激光切割与 3D 打印自制，材料成本 337 元。

关键词：光疗法；4-7-8 呼吸法；助眠；掌控板；图形化编程；激光切割

1.1 背景：一个绕不开的睡眠问题

我们做这个作品的起点，是班上真实存在的现象：晚上熄灯后有人翻来覆去很久睡不着，第二天早读趴在桌上补觉；也有同学为了「按时睡着」偷偷买褪黑素。这让我们想去查一查，同龄人的睡眠到底糟到什么程度。

1.1.1 睡眠困扰是群体性的，不是个别现象

《2024 中国居民睡眠健康白皮书》（中国睡眠研究会）的调查显示，被调查对象中59% 的人存在失眠症状，完全无睡眠障碍的人群仅占 19%；居民平均在零点后入睡，夜间睡眠时长普遍偏短。同一份报告配合匹兹堡睡眠质量指数（PSQI）给出的困扰频次分布是：每周不足一次的人占 64%，每周 1～2 次占 27%——也就是说「偶尔睡不好」已经是绝大多数人的常态。至于困扰的具体类型，排在最前的是易醒/早醒（16%）与入睡困难（14%），后面依次是夜间如厕（13%）、鼾声（11%）等。

图 1-1 睡眠困扰频次与类型分布（数据来源：中国睡眠研究会，基于匹兹堡睡眠质量指数 PSQI 的抽样调查）

这张图直接指向了我们的设计靶心：既然「入睡困难」排在困扰类型第二位，那就说明真正需要帮助的不是「睡多久」，而是「怎么睡着」。我们要做的就是一个用在躺下之后、睡着之前这十几分钟里的辅助工具。

1.1.2 睡眠问题背后连着心理问题

继续追问会发现，睡不好往往不是孤立的。《2022 国民抑郁症蓝皮书》显示，我国 18 岁以下抑郁症患者占总人数的 30.28%；而在抑郁症患者群体中，50% 为在校学生，41% 曾因抑郁休学，学业压力已经成为压在青少年身上的一座大山。教育部也已在官方文件中明确提出，将抑郁症筛查纳入学生健康体检内容，建立学生心理健康档案，对测评结果异常的学生给予重点关注。

图 1-2 学生群体心理健康问题的年龄分布与风险比例（数据来源：《2023 年度中国精神心理健康蓝皮书》，援引《中国国民心理健康发展报告（2021—2022）》）

图 1-3 学生群体心理问题日益突出且呈低龄化趋势的统计口径（同一蓝皮书的另一组图表）

图 1-2 里的数字很不轻松：中小学生抑郁检出率中，高中生 40.00%、初中生 30.00%、小学生 10.00%；青少年心理健康问题里，抑郁类占 40.00%、手机依赖占 33.40%、睡眠不足占 14.80%；大学生群体的轻度焦虑风险更是达到 38.26%。「睡眠不足」被单列成一项 14.80% 的诱因，说明睡眠与情绪互为因果：越焦虑越难睡，越睡不好越焦虑。

这条因果链决定了我们的作品定位——它不是医疗设备，我们也不打算把它写成「治疗失眠」。它是一个非药物的、可自我操作的放松入口：在躺下但还清醒的那段时间里，用一个外部的节律把呼吸稳住，让副交感神经接管身体，人自然就滑进睡眠。

1.1.3 为什么选「呼吸」作为切入点

查阅资料后我们确认，呼吸频率与睡眠状态之间有直接的生理通道：

1. 神经系统调节：呼吸频率快时交感神经兴奋，人紧张；呼吸频率放慢时副交感神经被激活，人放松、容易入睡。
2. 心跳与气血运行：缓慢均匀的呼吸会降低心率，让身体的生命活动整体缓和下来。
3. 氧气供应：呼吸平稳适度时大脑供氧充足，才能完成信息处理、记忆巩固等过程，醒来后思路才清晰。
4. 认知功能：呼吸异常（过缓、过快、暂停）会干扰脑细胞代谢，直接表现为注意力涣散、记忆力减退。

而我们采用的「4-7-8 呼吸法」（又称 478 呼吸法）正是一套把呼吸节律固定的操作法，它的标准动作是：闭上嘴巴用鼻子吸气，心里数 4 个数；停止吸气屏住呼吸，心里数 7 个数；再用嘴缓缓呼气，心里数 8 个数。公开的科普资料给出的解释是：这种方法能让肺部吸入更多氧气，血氧上升后可以调节副交感神经系统功能，让人少想杂事，从而安眠入梦；并建议每天练两次、连续 6～8 周，熟练后可以达到 60 秒入睡的状态。

图 1-4 4-7-8 呼吸法的标准操作与作用机理（公开科普资料截图）

困难在于：数数是需要主观意志的，人在困倦或焦虑时很难自己数准。我们的做法是把「计数」这件事外包给一盏灯——灯光亮起就是你吸气的开始，灯光保持就是你憋气的时间，灯光缓缓暗下就是你呼气的过程。使用者不需要看表、不需要数数，只要跟着光走。这也是本作品和市面上普通小夜灯最本质的区别：普通夜灯只负责照明，我们这盏灯负责带节律。

1.1.4 我们自己做的需求调研

文献只能说明「睡眠问题很普遍」，但说明不了「同学们到底需要一盏什么样的灯」。所以在动手之前，我们先做了一轮问卷调研，调查对象包括学生与家长，覆盖使用频率、使用时长、功能偏好、价格接受度等维度。下面这张图是我们统计出来的原始结果。

图 1-5 作品自制需求调研统计（选题：催眠小夜灯）：使用频率、使用时长、家长认知与购买意愿、最受欢迎的功能、价格接受度与市场需求

这组数据里有三条直接决定了我们的设计方向：

• 「最受欢迎的功能」中，柔和灯光（约 0.68）与呼吸引导功能（约 0.55）排在前两位，而自然声音播放（约 0.30）垫底。这正好解释了为什么我们把重点放在「灯光节律」而不是「播放雨声海浪声」上——使用者自己投票选出来的前两项，恰好就是我们后来的两个核心功能。
• 使用时长以 2～4 小时为主（50%），说明这盏灯需要在较长时间内持续工作，这直接支持了我们用锂电池而不是单纯 USB 供电的决定；同时也说明亮度必须能调低——连续开 4 小时的灯，太亮会干扰睡眠。
• 价格接受度集中在 100～200 元（50%），而我们的材料成本是 337 元。这个差距我们在作品测试阶段也如实记录了下来，它说明如果要真正量产，还需要在器件选型上再压成本。

图表中「200 克以上」一项应为「200 元以上」，是调研统计时的单位笔误，此处如实照录不做改动。

1.2 作品主体结构

整机以外观近似方盒的木质箱体为主体，从上到下、从外到内分成四层：

• 箱体（激光切割）：用激光切割机切出 10.7×10.7×4.3cm 的木质盒体，由前后板、左右板、顶底板共六块板件拼装，圆角处理避免磕碰。
• 前面板开孔（激光切割）：顶部开一个与掌控板屏幕等大的矩形窗口，让屏幕直接露在外面；窗口下方开 5 列 × 4 行共 20 个圆孔，作为内部语音合成模块的透音阵，让播报声能顺畅传出。
• 灯边框（3D 打印）：用 3D 打印制作一圈圆角方形边框，嵌在箱体与前面板之间，起到收边、遮缝和固定灯带的作用，同时给整机一个黄色点缀。
• 内部器件：掌控板 2.0 固定在前面板内侧，屏幕对准开窗；语音合成模块 V2 贴在箱体内壁、喇叭口对准透音孔阵；25 颗 WS2812 灯带沿箱体内侧四壁绕一圈；锂电池粘在箱体底面。

1.3 设计要求

1.3.1 功能要求

1. 按下电源启动。上电后屏幕自动显示主菜单，语音播报「初始化成功」。
2. 用掌控板金手指触摸板切换模式。可选平静模式、睡眠模式、照明灯模式三种；模式选错了不用长按复位，直接再点一下需要的那个触点即可切回来。
3. 可根据个人需求自行调节亮度与颜色。颜色在橙、绿、蓝、红、白之间循环；亮度可增可减。
4. 状态可读、无需说明书。菜单分两屏显示，按 A 键显示 H/O/N（色彩控制、增亮、减暗），按 B 键显示 P/Y/T（三种模式）；每次操作都有对应语音提示，闭着眼也能知道当前状态。
5. 断电即停、来电能恢复。程序为通电自启，不依赖手机 App 或网络。

1.3.2 工程结构要求

• 结构稳固、小巧便携。整体控制在巴掌大小、单手握持的尺寸，搬运或使用过程中不易损坏；箱体接缝处用胶粘合加固。
• 外观符合校园场景审美。做成方盒造型而非球形或异形，既是为了减少在宿舍床铺上的占地面积，也是为了避免造型过于张扬。
• 高能续航。内置锂电池供电，脱离 USB 线也能连续使用。
• 灯光不外泄扰人。这是我们在实测后追加的一条硬要求——灯带藏在箱体内部，只从缝隙和透音孔漏出柔光，不能像原始方案那样整间宿舍都被照亮。

1.4 关于作品名称的说明

这一节需要特别说明：本作品在参赛报名材料中的正式名称是《学生好梦指引灯》，在学校的推广与归档版本中又叫《催眠小夜灯的设计制作》，两者指同一台作品——名称不同只是因为「催眠小夜灯」更贴近它给同学们的第一印象，而「好梦指引灯」是参赛时使用的正式题名，程序里的屏幕标题与语音提示也都用后者。本文以下统一使用「好梦指引灯」这一程序内的名称，读者若在其它材料中看到「催眠小夜灯」，可以视作同一件东西。

二、设计思维导图

动手之前我们先画了一张图，把「为什么做—做什么—怎么做—做给谁」四件事摆在一起。这张图后来成为我们所有讨论的底稿，也解释了作品里每一个零件的来处：左上角的问题决定了灯的用途，右上角的选型决定了它的实现方式，左下角的工艺决定了它的样子，右下角的使用场景反过来约束了它的尺寸和亮度。

需求来源入睡困难排困扰类型第 2 位（14%）59% 人群存在失眠症状方案选型掌控板 2.0 作主控（自带触摸键）语音合成模块 V2 作提示结构工艺激光切割木质箱体 10.7×10.7×4.33D 打印灯边框收边使用场景宿舍睡前助眠 · 情绪平复兼作白光台灯好梦指引灯10.7×10.7×4.3cm · 337 元 · 三模式输入 · 感知掌控板 6 个金手指触摸键 P/Y/T/H/O/N处理 · 控制呼吸值按 4 秒 / 7 秒 / 8 秒三段驱动输出 · 呈现25 颗 WS2812 灯带 + OLED 文字 + 语音播报迭代 · 优化圆形改方盒 · 旋钮改触摸 · 加语音

图中中间那一列是我们后来才想明白的一条主线：触摸键负责输入、呼吸值负责处理、灯带屏幕语音负责输出，而「迭代」那一行记录了三次关键改版——正是这三改把一台「看得见的灯」变成了一盏「能带节律的灯」。

三、硬件选用与连接

3.1 硬件清单

下表按作品报名材料中的清单如实照录。需要说明的是：清单只列出三项采购件的单价，激光切割所用的板材与 3D 打印耗材由学校创客空间提供，材料清单未列采购金额，因此本表不含这两项的费用。

除清单三项外，作品还用到两样自制件与一样未计价件，一并列出以免读者对不上实物：

3.2 硬件连接

接线只有两路，非常简单——一路是 I2C 数字信号，一路是单总线灯带信号。

图 3-1 硬件连接示意：语音合成模块经 I2C 接入掌控板，WS2812 灯带由 P0 引脚单线驱动

把两个外设分开看会更清楚：

• 灯带为什么接 P0：WS2812 是单总线器件，只需要一根数据线就能控制一整条灯带上的每一颗灯，程序里用「引脚 P0、灯号 0 到 24」的积木一次写完整条灯带的颜色或亮度。P0 是掌控板边缘一排扩展口中的第一个，接线最短，也最不容易在装配时被压住。
• 语音模块为什么走 I2C：语音合成模块需要下发比较长的文本与参数（音量、语速、语调、发音人），I2C 比单线通信更适合这种带地址、带应答的数据交换。模块地址 0x40 是固定的，所以程序里初始化一次就能一直用，不需要像灯带那样每次操作都带上引脚号。

3.3 分模块技术参数

3.3.1 掌控板 2.0（主控）

这份参数表里真正被我们用到的是四项：ESP-32 主控（跑程序）、OLED 屏（显示菜单）、6 个触摸键（接收操作）、扩展口的 P0（驱动灯带）。板载的六轴传感器、光敏、麦克风、磁传感器在这个作品里都没有使用——它们是我们后来做拓展方案的预留条件（见第八节）。

图 3-2 掌控板 2.0 实物：正面为 1.3 英寸 OLED 屏与 A/B 按键，板上左右两侧各三个金色圆点即为六路金手指触摸键

3.3.2 语音合成模块 V2

模块的引脚定义如下（正面 TOP 面标注）：

图 3-3 语音合成模块 V2 的正反面（TOP / BOTTOM）：正面标注 I2C 与 UART 两套接口及 D/T、C/T、GND、VCC、AOP、AON 六个引脚，中央为板载喇叭

这里有一个装配上的细节值得记录：模块出厂时板载了一个小喇叭，但因为我们要把它塞进封闭的木盒里，如果只靠板载喇叭，声音会被闷住。所以箱体前面板才专门开了 20 个透音圆孔，让声波能直接穿出来——这个开孔不是装饰，是声学需要。

3.3.3 WS2812 灯带

3.3.4 锂电池：材料清单只写了「锂电池 1 节 39 元」，未标型号与容量，按不编造的原则此处不补。它的作用很明确——让整机脱离 USB 线独立工作，符合「微型・便携・高能续航」的设计初衷。

四、结构安装与制作过程

这一节按我们真实的制作顺序叙述：先画结构、再切板、再打印边框、然后装器件、调试，最后成品拍摄。中间穿插了三次失败与改版，这些改动现在回头看，恰恰是这个作品能成立的关键。

4.1 结构设计

结构设计在电脑上完成，前后留下三代图纸：初版的球形方案、二代的方盒尺寸图、定稿的线稿与彩色渲染。这三代图纸摆在一起，就是 4.2 节那三次改版的物证。

初版：球形灯罩

图 4-1 初版球形方案渲染图：直径 150mm 的磨砂球体，中间可见上下对合的分模线，底部为木质底座；俯视图标注外形尺寸 150×150mm

初版做成球体是为了「模拟月亮的形象陪伴入睡」。但图纸上的尺寸已经暴露了它的问题：球体直径 150mm，俯视投影面积达到 150×150mm。换成后来二代方盒的 110×110mm 一算，球形方案的占地面积是方盒的 1.86 倍——这就是它在宿舍场景里被否掉的直接原因。而为了照亮整个球面，光源还必须开得更亮，于是又引出「灯光外泄影响同宿舍同学」的第二个问题。两个问题一叠加，球形方案只能放弃。

二代：方盒尺寸图

图 4-2 二代方盒方案的尺寸标注图：外形 110×110mm、厚 31mm，屏幕开窗 54×31mm；正面为掌控板、金手指触摸按键与喇叭孔，反面为灯面并加匀光板

这一版把球形改成方形，并且第一次把关键尺寸标了出来：外形 110×110mm、厚 31mm，屏幕开窗 54×31mm。请注意图纸右侧的那行小字——「反面：灯面，加匀光板」。这说明二代方案已经考虑到「灯光要均匀、不能刺眼」这件事，并且打算用一块匀光板来解决。这个细节很关键，我们在第九节的不足里还会再讨论它。

定稿：线稿与渲染

三代图纸中最终被执行的是这一版。先出线稿确认装配关系，再做彩色渲染确认外观效果。

图 4-3 定稿结构线稿：圆角方形箱体，上开屏幕窗口、下设 5×4 透音孔阵，右侧可见箱体的分层板厚

图 4-4 定稿结构彩色渲染：白色箱体配黄色边框，顶部露出掌控板，透音孔阵位于正面中下部

线稿与渲染图交代了三个设计决定：

• 外形做圆角方盒而不是球形。图 4-3 里箱体的四条竖边都做了明显的倒角过渡，这不是为了好看——直角木盒在宿舍床头容易磕手，圆角能少一份隐患。
• 屏幕开窗偏上、透音孔偏下。屏幕在上，躺着也能看到当前模式；透音孔在中下，声音从枕边传出，方向更接近人的耳朵。
• 边框是独立零件。图 4-4 里那圈黄色边框与白色箱体是两件东西，它独立于箱体之外，既做收边遮缝，也用来卡住箱体内部的灯带。

图纸上的尺寸与实物之间还有一处差异需要说明：二代尺寸图标注的是 110×110×31mm，而论文正文与实物记录的是 10.7×10.7×4.3cm（即 107×107×43mm）。长宽各收窄了 3mm，厚度则从 31mm 增加到 43mm——厚度之所以明显变厚，是因为要把掌控板、语音模块与锂电池一同塞进箱体，31mm 装不下；而长宽收一点，则是在装配时按板材实际切割效果微调的结果。本文后续描述实物尺寸时一律以 10.7×10.7×4.3cm 为准。

4.2 外观设计：三次改版才定稿

外观设计的定稿过程比结构难得多，因为每一次改动都不是「更好看」，而是「不能用」。我们把三次改版如实记录下来。

第一次改版：圆形灯罩 → 方形箱体

最初我们想做一个圆形灯罩，模拟月亮陪伴入睡，觉得这个意象很温柔。但实测下来两个问题都很致命：一是圆形灯罩的直径要做得比较大才能容纳板子与电池，放在宿舍床上占地面积太大；二是为了照亮整个球面，灯必须开得很亮，结果整间宿舍都被照亮，直接影响到同宿舍其他同学的休息。回顾图 4-1 那份初版图纸可以看到，球体直径达 150mm，投影面积比后来的方盒大了将近一倍——这个数字把「占地大」从主观感受变成了可以比较的事实。于是我们放弃圆形，改用长方体盒子——论文里写的工程结构要求是「形为长方体盒子，长宽各为十厘米左右，高为五厘米，减少宿舍床铺的占地面积和空间体积」，这条要求正是从这次失败里总结出来的。

第二次改版：旋钮／角度传感器 → 触摸键

控制方式我们一开始考虑用旋钮和角度控制传感器，因为「转一下」看起来比「点一下」更直观。但实际给同学试用时发现，人在半睡半醒的状态下根本分不清旋钮转到了哪个角度，经常调错亮度。反而是掌控板板上自带的 6 个金手指触摸键最省事：手指碰到哪个触点就是哪个功能，不用看、不用记角度。这个改动直接决定了后面整套交互设计——把功能各自绑定到一个触点，而不是共用一个连续调节器。

第三次改版：单纯灯光 → 灯光＋语音，并新增照明模式

第二次团队讨论（2024 年 3 月 19 日）记录里写着两条决定，原文摘录如下：

• 「睡眠模式灯光提醒不明显，加入语音提醒」
• 「利用 3D 打印技术进行外盒的制作」
• 「新增照明灯，以备不时之需」

第一条是因为我们在测试时发现，呼吸节律只靠灯光亮暗去提示，闭眼之后就完全接收不到信息了。加了语音模块之后，每一段节律都有对应的语音引导（如「四秒吸气」「请憋气七秒」），使用者可以全程闭眼跟着做。第三条则是一个很实际的补充——灯就在床头，睡前看两眼书也正好能用。

至于外观的最终形态，图 4-5 与图 4-6 是定稿实物：木质箱体呈红棕色，前面板为米白色，掌控板嵌在正面正上方，透音孔阵在屏幕下方。

图 4-5 定稿实物（正面）：木质箱体配米白前面板，掌控板屏幕与 A/B 按键直接外露，下方为 5×4 透音孔阵

图 4-6 照明模式下的实物外观：灯带在箱体内部点亮，光线从面板缝隙与透音孔透出，形成柔和的整体泛光

需要如实说明一处：图 4-1、4-2 的结构设计效果图中，箱体为白色、边框为黄色；而定稿实物（图 4-5、4-6）采用的是红棕色木质箱体。渲染图呈现的是设计阶段的方案配色，实物在板材选色与粘合后呈现出木色，两者结构一致、配色不同。这一点我们不打算含糊过去——设计图与成品有差异是创客项目的常态，如实标出比强行统一更诚实。

4.3 激光切割：箱体板件

箱体的六块板件用激光切割机加工。切割文件在 LaserMaker 1.4.0 里绘制，图纸包含外轮廓、屏幕开窗与 5×4 的透音孔阵。

图 4-7 激光切割设计图纸（LaserMaker 1.4.0）：外轮廓、屏幕开窗与 20 个透音圆孔一次成型；右下角加工工艺表显示切割速度为 20、功率为 60

速度 20、功率 60 这一组参数是切割木质薄板的常用组合：速度放慢保证切透，功率控制在中等避免板材边缘被烧焦发黑。因为透音孔有 20 个、孔径又小，如果功率过高，孔边缘会碳化变脆，装进箱体后一碰就掉渣，所以这一组参数是被孔径逼出来的。

4.4 3D 打印：灯边框

灯边框单独用 3D 打印完成，因为它是圆角过渡件，激光切割切不出这种圆润的收边。

图 4-8 3D 打印切片预览：圆角方形灯边框，切片显示预计用时 1 小时 22 分钟、耗丝 0.66 米（约 5 克）

打印参数不是我们手动设的，而是切片软件根据模型尺寸自动估算的：1 小时 22 分钟、0.66 米丝、5 克。这个体量对校园创客空间来说非常友好——一节课的时间就能打出来，耗材成本几乎可以忽略。

4.5 装配与调试

装配与调试是两个并行的过程：一边在电脑上改程序，一边在台面上改硬件。

调试中真正花时间的部分不是「写程序」，而是「改程序」。论文里那句「改代码太折磨人的耐心和细心」是实话：灯光的每一段时长、亮度每一次递增的步长，都要反复试——呼吸太快像急促喘气，太慢又让人等得心慌。最后定下来的节律是平静模式亮 1 秒、灭 1 秒；睡眠模式 4 秒渐亮、7 秒保持、8 秒渐灭，这个比例是我们几个同学轮流躺着闭眼试出来的。

第三次团队讨论（2024 年 3 月 30 日）记录里写着两条决定：「拍摄内容质量低，约定下次拍摄时间」与「将外观粘合进行巩固」，这两条对应的就是下面这一步：箱体各板件用胶粘合加固，以及把成品单独运行的过程重新拍一遍，以便归档。

装配完成后的成品尺寸为 10.7 × 10.7 × 4.3cm，单手握持刚好，重量轻，可以直接放在枕头边或书桌上。

五、编程流程分析

5.1 程序总体结构

整个程序由 13 段脚本组成，可以归成四类：

这个结构的关键在于「变量 + 自定义积木」这两个抽象：如果没有它们，每个模式都要各自写一遍亮度循环，程序会长得难以维护。我们把「亮度」抽象成一个叫 呼吸值 的变量，把所有跟亮度有关的操作都统一成「改变 呼吸值」+「把 呼吸值 写到灯带上」两件事，于是三种模式只是在用不同的速度去推动同一个变量而已。

5.2 初始化流程

学生的原始设计稿里就画了一张初始化结构图，我们直接沿用这个思路：上电后先进入主菜单，主菜单按 A、B 两键分成两屏。

图 5-1 初始化与菜单结构（学生原图）：上电初始化成功后进入主菜单，按 A 键显示 H/O/N 三项，按 B 键显示 P/Y/T 三项

这张图把交互逻辑说得很清楚：A 键管「调」，B 键管「用」。按 A 键看到 H-色彩控制、O-增亮、N-减暗，这是三个调节类操作；按 B 键看到 P-平静模式、Y-睡眠模式、T-照明模式，这是三个模式类操作。两屏各三项，一共六个触点，正好把六项功能全部铺开——这种「一个触点一项功能」的设计，正是第二次改版放弃旋钮之后的直接结果。

程序里的初始化顺序是这样的：

1. ESP32 初始化：启动主控平台。
2. 灯带初始化：声明「引脚 P0、灯总数 25」。这一步必须最先做，否则后面对灯带的任何操作都会无效。
3. 语音模块初始化：按 V2 版本、I2C 模式初始化，接着设置音量 1、语速 5、语调 5、发音人 女声 1（V1）。这四个参数一次设定，后面所有播报都沿用。
4. 屏幕显示菜单：在第 1～4 行依次写入「好梦指引灯」「P-平静模式」「Y-睡眠模式」「T-照明模式」。
5. 变量赋初值：orange=255、green=255、blue=255（三原色全开即白光）、间隔=1、亮度=0、i=0、呼吸值=0。
6. 语音播报：「初始化成功」。这一句是给使用者的反馈——听到这句话说明设备已经就绪。
7. 点亮灯带并收尾：让 0～24 号灯全部显示橙红色，然后执行一次从 250 到 0 的渐暗，作为开机动画。

5.3 主循环与三模式的灯光节律

初始化完成后进入主循环。主循环本身很轻——它只做一件事：每轮检查六个触摸键是否被触摸，被触摸就播报一句对应的语音提示。真正让灯动起来的逻辑，全部写在各个触摸键自己的事件脚本里。这种「主循环只负责播报、事件脚本负责执行」的分工，带来的好处是按下 P 之后的那 30 秒里，程序仍然在响应其它触摸键，使用者随时可以切走。

三段模式的核心差异只有一个——灯光亮灭的时间比例。下面这张时间轴把三者的节律画在同一把时间尺上，每格代表 0.5 秒，格子的深浅代表灯带当时的亮度：

三模式灯光节律时间轴（1 格 = 0.5 秒）0s2s4s6s8s10s12s14s16s18s20s平静模式各 1 秒交替 · 重复 15 次睡眠模式4 秒吸气 · 7 秒憋气 · 8 秒呼气照明模式白光常亮 · 可增亮/减暗↑ 渐亮 4s　　↑ 满亮保持 7s　　↑ 渐灭 8s三种模式的差别不在灯的颜色，而在「亮多久、暗多久」——这正是本作品「用灯光带呼吸」的实现方式。

把这张图和 4-7-8 呼吸法对照着看，逻辑就非常清楚了：

图 5-2 三种模式的实际运行拍摄（同一台作品、同一角度）：左为平静模式「吸气一遍」、中为睡眠模式「4 秒吸气」、右为照明模式；画面字幕为视频回放时叠加的模式标注

• 睡眠模式完全对应 4-7-8：前 4 秒灯光缓缓变亮，对应「用鼻子吸气数 4 个数」；中间 7 秒灯光保持最亮不变，对应「屏住呼吸数 7 个数」；最后 8 秒灯光缓缓变暗，对应「用嘴呼气数 8 个数」。一轮 19 秒，重复 15 次约 4 分 45 秒。
• 平静模式是简化版：亮 1 秒、灭 1 秒，节律明显更快。它的目标不是催眠，而是让情绪失控或紧张的学生先「稳下来」，所以论文里把它的作用写成「调节呼吸，促进心情平静」。
• 照明模式不参与呼吸引导，纯粹是白光常亮，兼作床头台灯。

5.4 三模式的程序实现

有两处细节值得单独说：

• 渐亮的步长与时长的关系：渐亮是「每 0.01 秒把呼吸值 +1」，从 0 加到 255 需要 255 步，也就是约 2.55 秒。这正是平静模式里「亮」的时长。而睡眠模式的渐亮用的是「每 0.08 秒 +5.1」，只走 50 步就到了 255，合计约 4 秒——步长与间隔一改，同一段逻辑就跑出了两种不同的呼吸速度。这是我们这个程序里最关键的一个设计：把「呼吸快慢」变成两个可以调的参数，而不是写死两套代码。
• 睡眠模式收尾值为什么是 250 而不是 255：渐暗段的起点被设成 250，是刻意让它比满亮低一档，这样渐暗的第一帧就有一个肉眼可见的下降，使用者立刻能感知到「呼气开始了」，而不用等几帧才看出变暗。

六、参考代码

6.1 图形化程序总览

程序全部在 Mind+ 中用积木搭建。下面这张图是完整的积木工作区，从左到右、从上到下分别是：色彩控制段、主程序（初始化 + 主循环）、A/B 键菜单段、渐亮渐暗定义段、平静/睡眠/照明/增亮/减暗各段。

图 6-1 Mind+ 图形化程序全貌（13 段脚本）

6.2 初始化段

图 6-2 初始化段积木：灯带与语音模块初始化、菜单显示、变量赋初值、播报「初始化成功」、点亮灯带并渐暗

按积木顺序逐条说明：

• 「初始化 RGB 灯 引脚 P0 灯总数 25」——最先执行。这一步相当于告诉主控「P0 上挂了一条 25 颗的灯带」，之后所有灯带指令都不用再重复声明颗粒数。
• 「初始化语音合成模块 I2C 模式 V2 - I2C 地址 0x40」——声明通信方式与器件地址。
• 「设置 音量 1、语速 5、语调 5、发音人 女声 1(V1)」——四条语音参数。音量取最小值 1，是因为设备在枕边工作，音量大了反而吓人；语速取中间值 5，保证引导语能听清但又不拖沓。
• 「屏幕显示文字」四条——逐行写入主菜单文字，行的位置由下拉菜单指定（第 1 行到第 4 行）。
• 「设置 orange / green / blue / 间隔 / 亮度 / i / 呼吸值」七条——变量赋初值。orange、green、blue 三路都设 255，三者叠加即为白光，这是照明模式的底色。
• 「合成语音 初始化成功」——上电反馈。
• 「RGB 灯 引脚 P0 灯号 0 到 24 显示颜色 红 255 绿 255 蓝 255」——整条灯带点亮为白／暖色。
• 「重复执行直到 呼吸值 = 0」循环——开机渐暗动画，每轮把呼吸值 −1、等待 0.01 秒，并把呼吸值写为灯带亮度。

6.3 主循环段

图 6-3 主循环段积木：六路触摸键的语音提示

主循环是六个并列的「如果…那么执行」判断，从上到下依次是 P、Y、T、H、O、N。每个判断内部只有一条「合成语音」积木。这六句话就是使用者全部的操作反馈：

注意 O 与 N 之间用的是「否则如果」而不是两个独立的「如果」——这一点很讲究：两个亮度键在物理上不可能同时被按到，用「否则如果」可以让程序少做一次判断，也避免了极端情况下两句语音叠在一起播报。

6.4 菜单切换（A / B 物理键）

图 6-4 A 键与 B 键的菜单切换积木：A 键显示 H/O/N 三项，B 键显示 P/Y/T 三项

这两段脚本只做一件事：重写屏幕上第 2、3、4 行的文字。因为第 1 行固定显示「好梦指引灯」，所以无论怎么切，标题都不会变。

6.5 自定义积木：渐亮与渐暗

图 6-5 自定义积木「渐暗」（左）与「渐亮」（右）：同一套逻辑，只是终止条件与步长方向相反

这两块是我们整个程序的地基，所以单独抽出来定义：

它们被三处调用：平静模式（各一次）、照明模式（按 t 的奇偶选一个）。如果没有把它们定义成自定义积木，这三段逻辑就要各写一遍，以后想微调亮度变化速度就得改三个地方——这是我们从「改代码太折磨人」的教训里学到的一课。

6.6 各模式的事件积木

6.6.1 平静模式（触摸 P）

图 6-6 平静模式积木：重复 15 次「渐亮 1 秒 → 渐暗 1 秒」

6.6.2 睡眠模式（触摸 Y）

图 6-7 睡眠模式积木：重复 15 次「4 秒渐亮 → 等待 7 秒 → 8 秒渐灭」的四段结构

这块积木是整个作品里最长、也最花心思的一段。它内部有两个「重复执行直到」循环：第一个把呼吸值从 0 推到 255（步长 5.1、间隔 0.08 秒，约 4 秒），中间横插一条「等待 7 秒」对应憋气，第二个再把呼吸值从 250 拉回 0（步长 −2.5、间隔 0.08 秒）。

6.6.3 照明模式（触摸 T）

图 6-8 照明模式积木：先把灯带置白，再按变量 t 的奇偶决定渐亮或渐暗

6.6.4 增亮与减暗（触摸 O / N）

图 6-9 增亮积木：先把当前亮度写回灯带，再在亮度小于 255 时重复 30 次「亮度 +1」

图 6-10 减暗积木：在亮度大于 0 时重复 30 次「亮度 −1」

这两段的第一条积木都是「把亮度写为灯带亮度」，看起来像多余的一步，其实是必需的：它把当前的亮度值同步给灯带，这样即使前面被别的模式改过灯带状态，这里也能回到正确的基准上再增减。

6.6.5 色彩控制（触摸 H）

图 6-11 色彩控制积木：变量 i 每次加 1，再用 i 除以 5 的余数选出橙、绿、蓝、红、白五色之一

这一段是整份程序里最巧的一处。五色循环没有用五个开关去判断，而是用「变量自增 1 后取除以 5 的余数」：余数只可能是 0、1、2、3、4，五个分支正好对应五种颜色，而且第 5 次之后自动回到第 1 种，永远循环下去。用一行取余运算替掉了「按了 5 次要归零」的额外判断。

蓝色分支之所以单独加一条「设置引脚 P0 灯带亮度为 255」，是因为蓝色在同样的亮度值下，人眼感觉比其它颜色暗，所以补齐亮度，让五种颜色看起来亮度接近。

6.7 程序源码（Mind+ 自动生成的 C++ 代码）

Mind+ 可以把积木一键转成 C++ 代码。下面是我们从程序导出的代码，已逐行补上中文注释，方便读者对照积木理解逻辑。需要说明的是：代码里的变量名（如 i、t、呼吸值）与积木里完全一致，便于两相对照。

/*!
 * MindPlus  ——  好梦指引灯
 * 主控：掌控板 2.0      烧录环境：Mind+ / mPython
 */
#include <MPython.h>                        // 掌控板基础库：屏幕、按键、触摸键
#include <DFRobot_NeoPixel.h>               // WS2812 灯带驱动库
#include <DFRobot_SpeechSynthesis_M.h>      // DFRobot 语音合成模块驱动库

// ---------- 动态变量 ----------
// 三原色分量：三者同为 255 时叠加成白光，是照明模式的底色
volatile float mind_n_i, mind_n_orange, mind_n_green, mind_n_blue, mind_n_JianGe,
               // 亮度：供增亮/减暗使用，范围 0~255
               mind_n_LiangDu,
               // 呼吸值：本作品的核心变量，亮度用它来表达，0~255
               mind_n_HuXiZhi,
               // t：照明模式里记录第几次按下，用来在渐亮与渐暗之间交替
               mind_n_t;

// ---------- 函数声明 ----------
void     pin13TouchCallback();              // 触摸键 H —— 色彩控制
uint32_t rgbToColor(uint8_t r, uint8_t g, uint8_t b);   // 三原色合成色值
void     onButtonAPressed();                // 物理键 A —— 切到 H/O/N 菜单
void     onButtonBPressed();                // 物理键 B —— 切到 P/Y/T 菜单
void     DF_ShuiMianBianLiang();            // 睡眠模式：渐亮（吸气）
void     DF_ShuiMianBianAn();               // 睡眠模式：渐暗（呼气）
void     DF_JianAn();                       // 通用渐暗
void     pin27TouchCallback();              // 触摸键 P —— 平静模式
void     DF_JianLiang();                    // 通用渐亮
void     pin14TouchCallback();              // 触摸键 Y —— 睡眠模式
void     pin15TouchCallback();              // 触摸键 O —— 增亮
void     pin4TouchCallback();               // 触摸键 N —— 减暗
void     pin12TouchCallback();              // 触摸键 T —— 照明模式

// ---------- 创建对象 ----------
DFRobot_NeoPixel             neoPixel_P0;   // 灯带挂在 P0 上，共 25 颗
DFRobot_SpeechSynthesis_I2C sstts;          // 语音模块走 I2C

// ================================================================
//  setup()：上电只执行一次
// ================================================================
void setup() {
    mPython.begin();                        // 掌控板平台初始化

    // 1) 把六个金手指触摸键各自绑定到回调函数
    touchPadH.setTouchedCallback(pin13TouchCallback);   // H
    touchPadP.setTouchedCallback(pin27TouchCallback);   // P
    touchPadY.setTouchedCallback(pin14TouchCallback);   // Y
    touchPadO.setTouchedCallback(pin15TouchCallback);   // O
    touchPadN.setTouchedCallback(pin4TouchCallback);    // N
    touchPadT.setTouchedCallback(pin12TouchCallback);   // T

    // 2) 两个物理按键绑定菜单切换
    buttonA.setPressedCallback(onButtonAPressed);       // A → H/O/N
    buttonB.setPressedCallback(onButtonBPressed);       // B → P/Y/T

    // 3) 灯带初始化：25 颗
    neoPixel_P0.begin(P0, 25);

    // 4) 语音模块初始化与参数设定
    sstts.begin(sstts.eV2);                 // 模块版本 V2
    sstts.setVolume(2);                     // 音量
    sstts.setSpeed(5);                      // 语速
    sstts.setSoundType(sstts.eFemale1);     // 发音人：女声 1
    sstts.setTone(5);                       // 语调

    // 5) 屏幕显示主菜单（默认显示 P/Y/T 那一屏）
    display.setCursorLine(1); display.printLine("好梦指引灯");
    display.setCursorLine(2); display.printLine("P-平静模式");
    display.setCursorLine(3); display.printLine("Y-睡眠模式");
    display.setCursorLine(4); display.printLine("T-照明模式");

    // 6) 变量赋初值
    mind_n_orange = 255;                    // 三原色满值 = 白
    mind_n_green  = 255;
    mind_n_blue   = 255;
    mind_n_JianGe = 1;                      // 间隔
    mind_n_LiangDu = 0;                     // 亮度起点为 0
    mind_n_i = 0;                           // 色彩循环计数
    mind_n_HuXiZhi = 0;                     // 呼吸值起点为 0

    // 7) 语音反馈：告诉使用者设备已就绪
    sstts.speak("初始化成功");

    // 8) 点亮整条灯带
    neoPixel_P0.setRangeColor(0, 24, rgbToColor(round(255), round(255), round(255)));

    // 9) 开机渐暗动画：呼吸值从 0 递减……此处以递减到 0 为终止条件
    while (!(mind_n_HuXiZhi == 0)) {
        mind_n_HuXiZhi -= 1;                // 呼吸值 −1
        delay(10);                          // 等 0.01 秒
        neoPixel_P0.setBrightness(mind_n_HuXiZhi);  // 把呼吸值写为灯带亮度
        yield();                            // 让出时间片，保证其它事件能被响应
    }
}

// ================================================================
//  loop()：主循环，反复执行
//  只负责「播报提示」，具体的灯光动作交给各触摸键的回调函数
// ================================================================
void loop() {
    if (touchPadP.isTouched())              // 触摸 P
        sstts.speak("平静模式，吸气一遍呼气一遍，重复十五次");
    if (touchPadY.isTouched())              // 触摸 Y
        sstts.speak("睡眠模式，四秒吸气，七秒憋气，八秒呼气，重复十五次");
    if (touchPadT.isTouched())              // 触摸 T
        sstts.speak("照明模式");
    if (touchPadH.isTouched())              // 触摸 H
        sstts.speak("色彩控制，可切换橙、绿、蓝、红、白、五种颜色光");
    if (touchPadO.isTouched())              // 触摸 O
        sstts.speak("亮度增大");
    else if (touchPadN.isTouched())         // 触摸 N（与 O 互斥，用 else if 避免叠播）
        sstts.speak("亮度减小");
}

// ================================================================
//  通用渐亮 / 渐暗：呼吸值 0 ⇄ 255，每步 1，间隔 10ms
//  从 0 到 255 共 255 步，约 2.55 秒
// ================================================================
void DF_JianAn() {                          // 渐暗
    while (!(mind_n_HuXiZhi == 255)) {      // 注意：此函数内部条件与命名相反，
        mind_n_HuXiZhi += 1;                // 按实际效果为准（由调用处决定方向）
        delay(10);
        neoPixel_P0.setBrightness(mind_n_HuXiZhi);
        yield();
    }
}
void DF_JianLiang() {                       // 渐亮
    while (!(mind_n_HuXiZhi == 0)) {
        mind_n_HuXiZhi -= 1;
        delay(10);
        neoPixel_P0.setBrightness(mind_n_HuXiZhi);
        yield();
    }
}

// ================================================================
//  睡眠模式的渐亮 / 渐暗：步长更大、间隔更长 = 呼吸更慢
//  渐亮：0→255，每步 +5.1，间隔 80ms，约 4 秒  （对应「吸气 4 秒」）
//  渐暗：255→0，每步 −2.55，间隔 80ms，约 8 秒 （对应「呼气 8 秒」）
// ================================================================
void DF_ShuiMianBianLiang() {
    while (!(mind_n_HuXiZhi == 255)) {
        mind_n_HuXiZhi += 5.1;
        delay(80);
        neoPixel_P0.setBrightness(mind_n_HuXiZhi);
        yield();
    }
}
void DF_ShuiMianBianAn() {
    while (!(mind_n_HuXiZhi == 0)) {
        mind_n_HuXiZhi -= 2.55;
        delay(80);
        neoPixel_P0.setBrightness(mind_n_HuXiZhi);
        yield();
    }
}

// ================================================================
//  触摸键 P —— 平静模式
//  一轮 = 渐亮 → 等 1 秒 → 渐暗 → 等 1 秒；共 15 轮
// ================================================================
void pin27TouchCallback() {
    for (int index = 0; index < 15; index++) {
        DF_JianLiang();                     // 渐亮（约 2.55 秒）
        delay(1000);                        // 亮着保持 1 秒
        DF_JianAn();                        // 渐暗（约 2.55 秒）
        delay(1000);                        // 暗着保持 1 秒
        yield();
    }
}

// ================================================================
//  触摸键 Y —— 睡眠模式（4-7-8 呼吸法）
//  一轮 = 渐亮 4 秒（吸气）→ 等 7 秒（憋气）→ 渐暗 8 秒（呼气）→ 等 8 秒
//  共 15 轮
// ================================================================
void pin14TouchCallback() {
    for (int index = 0; index < 15; index++) {
        DF_ShuiMianBianLiang();             // 4 秒缓缓变亮 —— 吸气
        delay(4000);                        // 亮到位后再停留 4 秒
        delay(7000);                        // 屏息 7 秒（对应数 7 个数）
        DF_ShuiMianBianAn();                // 8 秒缓缓变暗 —— 呼气
        delay(8000);                        // 暗到位后再停留 8 秒
        yield();
    }
}

// ================================================================
//  触摸键 O / N —— 增亮与减暗
//  每次调用在当前亮度基础上 +30 或 −30（30 步，每步间隔 5ms）
// ================================================================
void pin15TouchCallback() {                 // 增亮
    neoPixel_P0.setBrightness(mind_n_LiangDu);
    if (mind_n_LiangDu < 255) {             // 未到上限才允许继续加
        for (int index = 0; index < 30; index++) {
            mind_n_LiangDu += 1;
            delay(5);
            yield();
        }
    }
}
void pin4TouchCallback() {                  // 减暗
    neoPixel_P0.setBrightness(mind_n_LiangDu);
    if (0 < mind_n_LiangDu) {               // 未到下限才允许继续减
        for (int index = 0; index < 30; index++) {
            mind_n_LiangDu -= 1;
            delay(5);
            yield();
        }
    }
}

// ================================================================
//  触摸键 T —— 照明模式
//  先整条灯带置白，再按 t 的奇偶交替执行渐亮 / 渐暗
// ================================================================
void pin12TouchCallback() {
    neoPixel_P0.setRangeColor(0, 24, 0xFFFFFF);     // 整条灯带 → 纯白
    mind_n_t += 1;                                  // 按下次数 +1
    if (((int32_t(mind_n_t)) % 2) == 0) {
        DF_JianLiang();                             // 偶数次：渐亮
    } else {
        DF_JianAn();                                // 奇数次：渐暗
    }
}

// ================================================================
//  触摸键 H —— 色彩控制
//  i 每次 +1，用 i % 5 的余数在五色之间循环
// ================================================================
void pin13TouchCallback() {
    mind_n_i += 1;
    switch ((int32_t(mind_n_i)) % 5) {
        case 0:                                 // 余 0 → 橙
            neoPixel_P0.clear();
            neoPixel_P0.setRangeColor(0, 24, 0xFF6600);
            break;
        case 1:                                 // 余 1 → 绿
            neoPixel_P0.clear();
            neoPixel_P0.setRangeColor(0, 24, 0x00FF00);
            break;
        case 2:                                 // 余 2 → 蓝（额外补满亮度）
            neoPixel_P0.clear();
            neoPixel_P0.setRangeColor(0, 24, 0x0000FF);
            neoPixel_P0.setBrightness(255);
            break;
        case 3:                                 // 余 3 → 红
            neoPixel_P0.clear();
            neoPixel_P0.setRangeColor(0, 24, 0xFF0000);
            break;
        case 4:                                 // 余 4 → 白
            neoPixel_P0.clear();
            neoPixel_P0.setRangeColor(0, 24, 0xFFFFFF);
            break;
    }
}

// ================================================================
//  物理键 A / B —— 只改屏幕显示，不动灯光
// ================================================================
void onButtonAPressed() {
    display.setCursorLine(1); display.printLine("好梦指引灯");
    display.setCursorLine(2); display.printLine("H-色彩控制");
    display.setCursorLine(3); display.printLine("O-增亮");
    display.setCursorLine(4); display.printLine("N-减暗");
}
void onButtonBPressed() {
    display.setCursorLine(1); display.printLine("好梦指引灯");
    display.setCursorLine(2); display.printLine("P-平静模式");
    display.setCursorLine(3); display.printLine("Y-睡眠模式");
    display.setCursorLine(4); display.printLine("T-照明模式");
}

// ================================================================
//  工具函数：把三原色分量压成一个 24 位色值（R 在高位、B 在低位）
// ================================================================
uint32_t rgbToColor(uint8_t r, uint8_t g, uint8_t b) {
    return (uint32_t)((((uint32_t)r << 16) | ((uint32_t)g << 8)) | (uint32_t)b);
}

源码里有三处需要向读者交代的地方，我们不打算回避：

1. 渐亮渐暗两个函数体与函数名不符。程序里名为「渐暗」的函数，内部循环条件写的是「直到呼吸值 = 255」，实际执行的是加的方向；名为「渐亮」的则相反。这是积木拼装顺序调整时留下的痕迹，因为调用处与函数名的对应关系是反的，最终运行效果是正确的，所以我们保留了原样，只在这里如实提醒读者——看这段代码时要以「效果」为准，不要被函数名带偏。
2. 睡眠模式的渐暗步长是三份材料里最不统一的一处。论文代码写 -2.55，工程文件（.sb3）里是 -2.5，而高清程序截图里显示的是 -0.25。三者的共同点是「渐暗都比渐亮慢」，这正是 4-7-8 的要求（呼气 8 秒长于吸气 4 秒）。本文按论文代码 -2.55 叙述，因为它与 8 秒呼气的时间预算吻合得最好。
3. 睡眠模式里两条相邻的延迟（delay(4000) 紧跟 delay(7000)）合起来是一段 11 秒的保持时间。这是学生把「吸气完成后的停留」与「憋气」分两步写的结果。从效果上看，4 秒渐亮 + 11 秒保持 + 8 秒渐暗，节律仍然是「慢吸慢呼」的助眠节奏，但与严格意义上的 4-7-8（吸 4、憋 7、呼 8 共 19 秒）已不完全一致。这一点我们在第九节「不足」里会再提一次。

七、作品创新点

7.1 把「呼吸计数」这件事从使用者身上卸下来

这是本作品最核心的一条创新。4-7-8 呼吸法在科普资料里随处可见，但真正去练的人很少，原因很朴素——数数需要主观意志，而失眠的人最缺的就是意志力。焦虑的时候数到 5 就忘了数到几，越数越清醒。

我们的做法是换一个感官通道：把「吸气 4 秒」变成「灯光在 4 秒内缓缓变亮」，把「憋气 7 秒」变成「灯保持最亮不动」，把「呼气 8 秒」变成「灯光在 8 秒内缓缓变暗」。使用者不需要数数、不需要计时，只要看着灯（或者闭着眼感受光的变化），身体会自然地跟着光走。这就是论文里写的那句「潜意识随着灯光而深呼吸」的具体含义。

7.2 用「同一个变量 + 不同参数」跑出三种模式

三种模式的灯光行为差别很大，但程序里并没有写三套代码，而是把亮度抽象成一个 呼吸值 变量，把「渐亮／渐暗」抽成两块自定义积木，再通过改变步长与间隔这两个参数，让同一套逻辑分别跑出「各 1 秒的平静节律」和「4-7-8 的睡眠节律」。

这个做法带来的直接好处是可维护性：后来我们想把睡眠模式的渐亮调快一点，只改了自定义积木里的一个数字，三种模式同时生效，不用逐段去改。对一个由中学生边学边写、前后改了几十遍的程序来说，这一点非常重要。

7.3 与传统的强光光疗法相比，把「治疗」降级成「辅助」

传统光疗法需要强光照射较长的时间，而且主要用于特定人群与特定时段，对高中生来说既不方便也不现实。我们的处理是把光疗法「降级」成日常可用的东西：

表格最后一行是我们实测被迫加上的。最初圆形灯罩的方案就是因为灯光外泄、影响室友才被推翻的，这个教训最后变成了作品的一条硬指标。

7.4 语音播报让操作可以「闭眼完成」

第三次改版加语音模块，起因是一个很具体的场景：人在半睡状态下不想睁眼看屏幕。加入语音之后，每一次触摸都有对应的语音回应——按 Y 会听到「睡眠模式，四秒吸气，七秒憋气，八秒呼气，重复十五次」，按 O 会听到「亮度增大」。使用者全程不需要看屏幕，甚至不需要睁眼，仅凭声音就能确认自己的操作是否生效。这一点对助眠类作品来说不是锦上添花，而是必需品——毕竟这个作品的使用场景本来就是「准备睡觉」。

7.5 三种模式覆盖了从「情绪波动」到「入睡」的完整过程

很多同类作品只做一个功能。我们做的三种模式其实是三个不同的时间尺度：

• 照明模式——不涉及呼吸，解决「睡前看两眼书」的需求，时间尺度是分钟级；
• 平静模式——快节律（1 秒亮 / 1 秒灭），用于情绪失控或心理压力大时先稳住心情，时间尺度是十秒级；
• 睡眠模式——慢节律（4-7-8），用于诱导入睡，时间尺度是分钟级。

三者的关系是递进的：先用照明模式把环境安顿好，情绪不稳时用平静模式过渡，躺下后再切睡眠模式。这套「一灯多用」的设计，也是我们把它命名为「指引灯」而不是「小夜灯」的原因。

八、项目应用拓展

8.1 使用场景

8.2 已经在讨论的改进方向

作品测试阶段，参与体验的同学提出了几条建议，加上我们自己复盘时发现的问题，整理成下面这张表。这些方向都没有在本版中实现，属于后续拓展。

8.3 可复制的教学价值

这个作品对我们自己来说还有一层意义：它是可以搬进课堂的。

• 技术门槛适中：主控是学生熟悉的掌控板，编程用图形化积木，不需要写代码就能跑起来；
• 知识点覆盖面广：一次项目同时用到了激光切割（结构）、3D 打印（零件）、I2C 通信（外设）、单总线驱动（灯带）、变量与循环（编程）五块内容；
• 问题来自学生自己：起点是「同学睡不着」这件真实的事，不是老师给的题目，因此学生有内驱力去反复改；
• 成本可控：337 元的采购清单，加学校已有的创客设备就能复制。

九、小结

9.1 制作历程

从 2024 年 3 月 1 日第一次小组讨论，到 4 月上旬完成拍摄归档，整个项目前后持续了一个多月，期间开了三次正式讨论会。把三次讨论的记录串起来看，作品的变化轨迹非常清楚：

回头看，三次讨论里真正改变作品命运的是第二次：加语音、改 3D 打印外盒、加照明模式——这三条决定让作品从「一盏会呼吸的灯」变成了「一盏能用的灯」。而第三次讨论暴露的问题（拍摄质量低）也提醒我们：作品做出来只是完成了一半，把它讲清楚同样是工作的一部分。

作品完成后，我们在组内与班级同学之间做了一轮体验测试。反馈比较集中的几点是：屏幕显示清晰、模式切换直观、触摸区反应灵敏、操作简单易懂，「无需复杂的操作步骤」是被提到最多的一句评价。也有同学提出希望增加 App 或蓝牙控制，这一条我们列进了第八节的改进方向。

对我们三个人来说，这个过程最大的收获其实不在作品本身。PPT 里我们写了一段反思，大意是：在制作过程中对 Mind+ 和掌控板的应用不熟悉，有很多生疏之处；代码编写时间线拉得太长，运行和调试花了很多时间才完善；但在这个过程中收获很多，也变得耐心很多。也正因为亲手改过几十遍代码，才真正理解「创新，是一个民族进步的灵魂」这句话背后的含义。

9.2 不足之处

下面这几条是我们在复盘中自己找出来的问题，如实列出：

1. 睡眠模式的节律与标准 4-7-8 有偏差。代码里渐亮 4 秒之后连着两段延迟（4 秒 + 7 秒），实际保持时间达到 11 秒，一轮总时长约 23 秒，而不是 4-7-8 标准的 19 秒。原因是把「吸气后的停留」与「憋气」分成了两步写。严格来说应该把中间那段合并成一个 7 秒的憋气段。
2. 渐暗步长在三份材料里不统一。论文代码是 −2.55、工程文件是 −2.5、程序截图是 −0.25。虽然三者都保证了「渐暗慢于渐亮」，但数值不一致说明我们在改版过程中没有做好版本管理，最终交付时程序状态与论文描述存在小的出入。
3. 渐亮渐暗两个函数的命名与实际行为相反。程序能正常运行，但代码可读性差，如果有同学想要在此基础上修改，很容易被函数名误导。
4. 灯光不外泄只是「减轻」而非「消除」。图 4-6 里的实拍可以看出，照明模式下前面板会整体泛光，在完全黑暗的宿舍里仍有可见亮度。如果能给灯带加一层扩散膜，或把灯带下移到箱体底部朝上打光，效果会更好。
5. 锂电池未标型号与容量，因此无法给出续航时间的量化数据。这是材料清单本身的欠缺，我们在正文中如实注明而没有补算。
6. 亮度调节是「步进式」而非「无级」。每按一次 O 或 N 变化 30 级（30 步 × 1 级），在 0～255 的范围内大约需要按 9 次才能走完全程。虽然够用，但想要精细调节时手感偏粗。

9.3 团队分工

除了上面三项分工，团队还在三次讨论会中逐条记录了「下一步工作计划」并明确了责任人与时间节点，例如：杨雅钧负责「运用编程软件将想法编入掌控板」、孙子轩负责「编写作品论文和幻灯片」、苏紫莹负责「学习相关切换模式的编程内容」。这种把任务落到人和日期上的做法，是我们这个项目能在一个多月内推进到位的重要原因。