图一乐！教你自制一款不一样的“打脸”神器！

赵玉田

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灵感来源：

接触感染是新冠病毒传播的主要方式之一，双手接触到病原体后因为不自觉触摸口、鼻及眼，从而使病毒得以传播。

人类是少数会不自觉触摸自己脸部的少数物种之一。据一项有趣的实验数据显示，即使是医科生，也会不自觉每小时触摸自己的脸不少于20多次，那些劝导大众不摸脸的医护专家们在公共场合都难免犯错，甚至还舔手指翻页。

所以，我思考如何能借助科技的力量来减少这种“自摸”行为？

新闻发布会上当众舔手指翻页

医疗专家当众摸脸

材料准备

硬件

• M3内六角螺丝

• M3平头螺钉

• 2-56螺钉

• 弹簧

• 垫圈

电子元器件

• Arduino Nano

• 7段数码管

• 红外传感器

• TT电机

• OLED显示屏

• PCB板

• 跳线

• 3D打印机A5S

• Hatchbox PETG打印耗材

• 水贴纸

• 松紧带

第一步：设计理念

主要的想法是使用一些传感器来检测任何触摸脸部的行为，并应用一些 "惩罚"来提醒我们不要摸脸！因为基于巴甫洛夫条件理论，不断的负反馈可以改变我们的行为。

对于检测，理论上任何障碍物检测传感器都可以。超声波传感器，Tof传感器，红外线传感器等等，前两者可以精确感知物体的距离，而我仅仅需要简单感知物体存在与否，所以最终我选择的是常见的红外传感器。

对于负反馈机制，我想了很多不同的方法.然而，由于这是戴在头上的，我不希望有任何永久性的脑损伤。所以选择了物理击打机制。

第二步：传感器选择

红外传感器比较便宜，声称有效检测范围是2到30厘米。我一开始只用了2个，但很快就发现它们并不能达到30cm。通过进一步的测试，我发现检测手部的有效距离为6.5cm左右，检测白纸能达到11厘米，与不同材料的物体表面反射率呈正相关。

所以我在脸颊两侧位置又添加了两个传感器，从而使传感器的检测范围覆盖了整个脸部。

此外，由于此传感器并不能发射和检测特定频率的红外线，其准确性很容易受外部热源（如，阳光，电炉发热丝，火焰等等）的影响。我只好用热缩管（后来用3D打印的盖子）把它盖住，挡住侧面的环境，但是面对热源的时候，它还是有读数的。

还有一点很有趣，这些传感器不能与苹果Face ID配合使用。由于Face ID使用的是红外泛光和点状图案来读取反光。每次用Face ID解锁最近的iPhone，都会导致一次触发。

第三步：机械设计

这个装置上最主要的机械结构是形成有效的负反馈的打脸机构。我分别尝试了以下几种设计：

1. 拨片转轮结构：它相当大，而且看起来很搞笑。我一开始用厚纸片作为翻板，但它对我们造成对伤害很小，看起来比较适合当作小风扇。

拨片转轮结构

2.连杆结构（打臂与杆件联动）：这个其实做起来很好玩，通过四段连杆来完成击打动作，不过我的经验不足，在负荷大的时候，电机会停顿。

连杆结构

3.凸轮机构：为了解决卡住还有电机停滞的问题，我们需要把电机的旋转和击打动作分开，因此最终设计出了凸轮机构，非常好用。

凸轮机构

我还将关节设计成可调节的，所以这个该置有可能适合许多尺寸。

然而，我更多的是凭自己的直觉设计，而没有应用科学的方法，所以有时零件会有点弯曲，因为我可能漏掉了一些关节的自由度，这里肯定需要更多的研究。

其他细节包括柔性结构的设计，用来更好地“适配”头部轮廓，可以支持不同的头部尺寸，部分零件易于拆卸等等。

第四步：电子元件

传感器

由于四个传感器中的任何一个触发都会运行相同的程序，我曾尝试将他们的4条输入端整合为一条。

我最先用面包板简单搭了一个电路：四个NPN三极管作为开关，串联起来，当任意传感器被触发时，此路便会断开，并联的信号端便会输出信号。但由于原件尺寸过大（SMD技能不足），最终还是放弃了此方案。

最后我保留了4条输入端的连接方式， 这不仅节省了部件费用，能耗等等，还能通过软件逻辑，更好的debug出问题的传感器。

4路转1路电路

电机

这里没有什么特别的地方，只需要加一个反激二极管，用晶体管做Arduino信号就可以了。

我为原型设计了电路，增加了连接器以更好地管理布线。板子最后还是太大了，我希望有一个数控系统来雕刻实际的PCB，可以使用更好的连接器，而不是跳线。

扩展版

第五步：准备代码

 

这个逻辑很简单。简而言之：

循环检查所有的传感器，如果有任何一个传感器被触发，它就会发出信号，启动电机实施打击，同时计数器记录下摸脸的次数并显示出来。

 

有几个值得一提的注意事项：

因为当某个传感器被持续遮挡时，摸脸计数会随着程序每次loop循环而增加，达不到准确计数的目的。

我设计了一个小的定时器（用于倒数），可以更精确的计数。

当一个传感器被触发时，计数器+1，定时器开始工作，倒数开始，在倒数结束之前任何新的触发都不再增加摸脸计数。

为了对惩罚机制进行区分，我也设置了不同的打脸时长：单次摸脸打击1秒；计数器每记录下10次，需忍受5秒连续击打；每记录下一百次，就需要忍受长达10秒的饱和打击。以此来加强负反馈的效用。

我根据计数器增加了不同的打脸时长：单次触碰的时候打脸1秒；当计数器每记录下10次，增加打脸时间，改为需忍受5秒连续击打；当计数器每记录下一百次，恭喜你，中奖了，你将会需要忍受长达10秒的“致残”打击，当然这个设计是为了加强负反馈的效果。

我花了不少时间打磨OLED显示屏上的图形。目标是和工业设计的风格相匹配。

首先要解决的问题是将自定义字体添加到Adafruit GFX库中，步骤很多，但Adafruit在这里有很好的记录:

https://github.com/adafruit/Adafruit-GFX-Library/blob/master/fontconvert/fontconvert_win.md

不过要制作和测试不同大小的字体文件，有点繁琐。

接下来遇到的问题是文件大小，字体文件是位图表示的，字体文件相当大（考虑到所有字符）。我只好去学习Fontforge这个字体制作工具，把多余的字符去掉，只剩下数字。

我选择的字体也不是单行距的，这意味着不同的字符有不同的宽度，导致数字总是跳来跳去。最后不得不手工编辑了通过adafruit程序制作的字体文件，以实现单距，还加了一些前导零，所以会显示 "003"而不是 "3"。

003

使用OLED的一个好处是你可以添加自定义图形，所以我在adobe illustrator中设计了停止标志和箭头，用这个工具http://javl.github.io/image2cpp/生成代码，然后编入arduino即可。

"STOP"

第六步：美学

我喜欢赛博朋克的风格，并从《2077》中获得了很多参考。

良好的设计绝对是我的项目里不可或缺的一部分，所以我玩得很开心。我还另外设计了水贴纸，并用激光打印机打印出来。细节能让这个项目更加完整。

实测效果怎么样？

 

通过超过一个星期的佩戴测试，我发现有时候听到马达的声音比实际的敲打更让我头疼。

每计数100次，持续打击10秒钟的设计很让我生气，但也确实有一定的效果，根据我的粗略测试，它确实让我把摸脸的次数降到了50%左右（约450次降至约270次）。

但是装置还存在很大的改进空间。比如说，环境的干扰或者是手机的误触发等等。

但是相信我，它的确能让你少摸脸，如果不信的话，可以尝试加大击打的力度和次数试试。

顺便说一下，这次还解锁了许多原设计意图之外的功能，比如：治疗手机上瘾（每次手机解锁都会触发）、培养更好的餐桌礼仪（勺子和盘子都会触发）、加强社交距离（不适合亲密动作）、确保居家不出门（阳光照射触发击打）。

来看看视频中的真实例子。

 

所以，这又是一个有点有用又有点没用的项目，希望你能从这里学到一些东西，也希望能够给你带来一点欢乐。

谢谢你的观看和阅读。

 

原文链接：https://www.hackster.io/ChenTheDesignMaker/stop-face-touching-device-9296c2#toc-step-6--aesthetics-6

此译文首发于DF创客社区公众号 转载请注明出处与作者信息

 

项目的STL文件，作者没有开源出来，放在了外网售卖了，地址是这个：https://gumroad.com/l/hjEel  有兴趣的小伙伴也可以看一看。

w494143467

哈哈，这个想法真的好！！！

qwqwqw2088

想法很棒

只要不对人构成人民损害，比如大脑，呼吸，长时间压迫脸部，，，

bqgup

赞赞赞，厉害呀，想法挺好的，以后打瞌睡了可以自动叫醒，头悬梁锥刺股

se7ens

创意不错，原创者脑洞真大，担心被打成脑震荡

freebsder

有些意思！