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藍牙技術

藍牙寵物穿戴設備


近年來隨著物聯網、大數據、云計算以及硬技術的飛速發展,可穿戴設備成為當前一個熱門課題。現在大多數人對生活的追求逐步升級,對寵物的關注更為突出,可穿戴設備受到大多數寵物主人的青睞。可穿戴設備不僅僅是一種硬件設備,更是通過軟件支持以及數據交互、云端交互來實現強大而復雜的功能,可穿戴設備將會對我們的生活、感知帶來很大的轉變。可以預見的是,物聯網時代的全面到來,使得智能寵物穿戴設備領域讓人們有了更多的期待。

一、智能寵物穿戴設備設計方案

基于藍牙無線控制的智能寵物穿戴設備的硬件系統主要通過藍牙模塊、音樂播放模塊、振動計步模塊、溫度傳感器。以單片機為整個系統的核心,通過藍牙控制各個模塊的運行。當寵物處于燈光環境較弱情況時,可通過藍牙控制開啟照明系統;照明模塊主要由簡單的LED燈構成,協調照明控制程序,通過藍牙模塊來控制。

寵物在運動狀態時,可以開啟示步模塊,寵物每行走一步則LED燈循環一個;此模塊主要由彩色的LED燈構成,協調震動開關來控制示步模塊的運行。溫度傳感器DS18B20通過單總線與STM32單片機進行通信,實時的監測寵物的體溫。DS18B20所傳回的數據是通過藍牙接口反饋給用戶的。

音樂播放主要以MP3+WAV+WMA音樂模塊為核心,還具有其他的與播放的相關操作。這個模塊主要是由串口來控制的,STM32單片機發送相關的指令然后模塊識別相關的指令就可以實現音樂的播放、暫停和切歌的功能。

藍牙模塊作為本設備與外界的一個接口,用戶能夠通過智能手機對于設備進行實時監測與控制。在硬件方面主要是通過串口與STM32單片機進行通信,然后單片機識別藍牙模塊所傳回的指令,然后對系統進行一個整體的控制。

二、智能寵物穿戴設備硬件系統

2.1單片機最小系統

本系統的核心控制系統是STM32F103單片機,STM32F103是基于超低功耗的ARMCortex-M3處理器內核,工作頻率高達72MHz,片上集成512KB的Flash存儲器、64KB的SRAM存儲器。該微控制器中集成復位電路、低電壓檢測、精確的RC振蕩器等電路,該微控制器最多多達13個通信接口,其中包含5個USART接口。因為在本設計系統需要較多的串口,所以STM32單片機微控制器是該系統的最佳選擇。

2.2藍牙電路設計

本系統的藍牙模塊采用的是ATK-HC05藍牙串口模塊。該模塊是一款高性能主從一體藍牙串口模塊,可以同各種帶藍牙功能的電腦、智能手機、PDA、PSP等移動終端配對,該模塊支持較寬的波特率范圍:4800MHZ-1382400MHZ;并且該模塊兼容5V或3.3V單片機系統,可以很方便與該產品進行連接。另外,模塊自帶了一個狀態指示燈,在模塊上電的同時(或上電之前),此時處于慢閃狀態(1秒亮1次);在模塊處于上電的時候,此時處于快閃狀態(1秒2次),表示模塊進入可配對狀態;當模塊配對成功,此時處于雙閃狀態(一次閃2下,2秒閃一次)。HC05_Init函數用于初始化與ATK-HC05連接的IO口,并通過AT指令檢測ATK-HC05藍牙模塊是否已經連接;HC05_Get_Role函數用于獲取ATK-HC05藍牙模塊的主從狀態;HC05_Set_Cmd函數是一個ATK-HC05藍牙模塊的通用設置指令,通過調用該函數,可以修改ATK-HC05藍牙串口模塊的各種設置;HC05_CFG_CMD函數專為USMART調試組件提供,專用于USMART測試ATK-HC05藍牙串口模塊的AT指令,如果在不需要串口調試的時候,可以將該函數刪除。在main函數里面,通過判斷是否接收字符串指令來決定每個功能的運行,所以我們設置每個按鍵的發送內容分別對應相應的操作,就可以實現對整個系統的控制。設置完成后,就可以通過移動端控制系統的各項功能,同時移動端還可以接收來自系統的同步數據。

2.3示步模塊電路設計

本系統中的示步模塊采用的是當前廣泛使用的振動傳感器。該振動傳感器的核心技術是SW-18020P彈簧型無方向性觸發開關;是一種廣泛使用的報警檢測傳感器,通過內部的壓電陶瓷片加彈簧重錘結構感受機械運動振動的參量(如振動速度、頻率、加速度等)并轉換成可用輸出信號,然后經過LM358等運放放大并輸出控制信號。當寵物處于靜止狀態時,振動開關呈斷開狀態,輸出端輸出高電平,綠色指示燈滅;當寵物處于運動狀態時,振動開關瞬間導通,輸出端輸出低電平,綠色指示燈亮。輸出端與單片機直接相連接,通過單片機檢測到高低電平,最后通過高低電平控制該設備的示步燈的亮滅。當寵物處于運動狀態時,示步燈通過程序產生循環關系,示步燈循環閃亮,達到寵物示步的效果。

2.4音樂模塊電路設計

本系統采用的音樂模塊是以MY1690-16S MP3主控芯片位核心,支持MP3、WAV格式雙解碼。該模塊內置3W功放,可以直接驅動3W的揚聲器。該模塊內置標準的UART異步串口協議。可以通過MAX3232芯片轉換成RS232電平或者通過USB轉TTL模塊與PC通訊調試。該設備中STM32單片機通過串口給MY1690-16S芯片發送相應的字符串指令,然后芯片判斷字符串指令進行相應的音樂操作,比如:播放、暫停、切換等;如果指令錯誤,則不進行任何的操作。

2.5溫度測量模塊電路設計

系統的溫度測量模塊采用目前使用最多的DS18b20溫度傳感器為核心元件。DS18b20與微處理器通信時僅需一條口線即可實現與位處理器的雙向通信,DS18B20在出廠時以設置為12位數據,讀取溫度數據時共讀取16位,然后把后11位的2進制轉化為10進制后再乘0.0625即為所測溫度值。前5位數字為符號位,當前5位數值為1時,讀取的溫度為負數;當前5位數值為0時,讀取的溫度為正數,測量結果以數字量方式串口傳輸。DS18b20支持多點組網技術,多個DS18B20可以并聯在一條總線上,每條總線最多只能并聯8個,達到多點測溫,實現全方位測溫。

三、智能寵物穿戴設備軟件設計和測試

在系統上電之后,STM32單片機首先對系統進行相關的初始化。初始化主要包括對系統時鐘進行配置,之后便對設備用到的兩個串口進行配置,并對串口進行配置,其中這些配置主要有設置串口時鐘、管腳、波特率、數據幀格式以及優先級進行配置,將藍牙所用的串口的優先級設置成最高優先級,音樂模塊用到的串口配置為較低的優先級。對于藍牙所用的串口中斷處理函數,以及音樂模塊的串口只需要能夠發送相關的指令即可,即對printf()函數進行重定向即可。

除了對于串口的初始化之外還有對于系統外部中斷以及普通GPIO口的初始化。對于外部中斷的初始化時,首先對于相關的外部中斷GPIO口進行時鐘以及管腳配置,之后再配置相關外部中斷的模式以及優先級的配置。對于外部中斷函數,系統進入外部中斷后系統中相關統計步數的變量加一,然后控制示步燈循環向前閃爍一個。對于普通GPIO的配置只需設置好時鐘以及GPIO的相關模式即可,以及對DS18B20的控制函數以及讀取數據的函數進行編寫。在前面的步驟完成之后,單片機主要進行的工作是查詢系統中相關的中斷。對于藍牙串口,主要用于接收指令并且進行判斷,然后對不同的指令進行不同的操作。

在系統運行時,首先需要輸入密碼連接設備的藍牙裝置,當藍牙連接成功,可以在適應的范圍內進行相應的功能操作。然后通過移動終端按鍵給單片機發送字符串指令,在上面的發送指令區中顯示出所發送的指令數據;當單片機接收到相應功能的指令字符串,就會將監測到的相應數據發送到移動終端,最后在移動端的數據顯示框中顯示出來。

總結

基于藍牙無線控制的寵物穿戴設備系統是硬件技術與移動終端相結合,是在物聯網技術的基礎上發展而來的,它將寵物服飾與智能化硬件相結合,本設備的設計達到了現代化智能寵物穿戴設備的基本要求,本系統具有運行穩定、簡單易操作、開發成本低廉等優點,具有市場推廣性。

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