藍(lán)牙技術(shù)
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藍(lán)牙寵物穿戴設(shè)備
近年來隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算以及硬技術(shù)的飛速發(fā)展，可穿戴設(shè)備成為當(dāng)前一個(gè)熱門課題?，F(xiàn)在大多數(shù)人對(duì)生活的追求逐步升級(jí)，對(duì)寵物的關(guān)注更為突出，可穿戴設(shè)備受到大多數(shù)寵物主人的青睞?？纱┐髟O(shè)備不僅僅是一種硬件設(shè)備，更是通過軟件支持以及數(shù)據(jù)交互、云端交互來實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大而復(fù)雜的功能，可穿戴設(shè)備將會(huì)對(duì)我們的生活、感知帶來很大的轉(zhuǎn)變?？梢灶A(yù)見的是，物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的全面到來，使得智能寵物穿戴設(shè)備領(lǐng)域讓人們有了更多的期待。
一、智能寵物穿戴設(shè)備設(shè)計(jì)方案
基于藍(lán)牙無線控制的智能寵物穿戴設(shè)備的硬件系統(tǒng)主要通過藍(lán)牙模塊、音樂播放模塊、振動(dòng)計(jì)步模塊、溫度傳感器。以單片機(jī)為整個(gè)系統(tǒng)的核心，通過藍(lán)牙控制各個(gè)模塊的運(yùn)行。當(dāng)寵物處于燈光環(huán)境較弱情況時(shí)，可通過藍(lán)牙控制開啟照明系統(tǒng)；照明模塊主要由簡單的LED燈構(gòu)成，協(xié)調(diào)照明控制程序，通過藍(lán)牙模塊來控制。
寵物在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，可以開啟示步模塊，寵物每行走一步則LED燈循環(huán)一個(gè)；此模塊主要由彩色的LED燈構(gòu)成，協(xié)調(diào)震動(dòng)開關(guān)來控制示步模塊的運(yùn)行。溫度傳感器DS18B20通過單總線與STM32單片機(jī)進(jìn)行通信，實(shí)時(shí)的監(jiān)測寵物的體溫。DS18B20所傳回的數(shù)據(jù)是通過藍(lán)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(guān)操作。這個(gè)模塊主要是由串口來控制的，STM32單片機(jī)發(fā)送相關(guān)的指令然后模塊識(shí)別相關(guān)的指令就可以實(shí)現(xiàn)音樂的播放、暫停和切歌的功能。
藍(lán)牙模塊作為本設(shè)備與外界的一個(gè)接口，用戶能夠通過智能手機(jī)對(duì)于設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制。在硬件方面主要是通過串口與STM32單片機(jī)進(jìn)行通信，然后單片機(jī)識(shí)別藍(lán)牙模塊所傳回的指令，然后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)整體的控制。
二、智能寵物穿戴設(shè)備硬件系統(tǒng)
2.1單片機(jī)最小系統(tǒng)
本系統(tǒng)的核心控制系統(tǒng)是STM32F103單片機(jī)，STM32F103是基于超低功耗的ARMCortex-M3處理器內(nèi)核，工作頻率高達(dá)72MHz，片上集成512KB的Flash存儲(chǔ)器、64KB的SRAM存儲(chǔ)器。該微控制器中集成復(fù)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(dá)13個(gè)通信接口，其中包含5個(gè)USART接口。因?yàn)樵诒驹O(shè)計(jì)系統(tǒng)需要較多的串口，所以STM32單片機(jī)微控制器是該系統(tǒng)的最佳選擇。
2.2藍(lán)牙電路設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)的藍(lán)牙模塊采用的是ATK-HC05藍(lán)牙串口模塊。該模塊是一款高性能主從一體藍(lán)牙串口模塊，可以同各種帶藍(lán)牙功能的電腦、智能手機(jī)、PDA、PSP等移動(dòng)終端配對(duì)，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(jī)系統(tǒng)，可以很方便與該產(chǎn)品進(jìn)行連接。另外，模塊自帶了一個(gè)狀態(tài)指示燈，在模塊上電的同時(shí)（或上電之前），此時(shí)處于慢閃狀態(tài)（1秒亮1次）；在模塊處于上電的時(shí)候，此時(shí)處于快閃狀態(tài)（1秒2次），表示模塊進(jìn)入可配對(duì)狀態(tài)；當(dāng)模塊配對(duì)成功，此時(shí)處于雙閃狀態(tài)（一次閃2下，2秒閃一次）。HC05_Init函數(shù)用于初始化與ATK-HC05連接的IO口，并通過AT指令檢測ATK-HC05藍(lán)牙模塊是否已經(jīng)連接；HC05_Get_Role函數(shù)用于獲取ATK-HC05藍(lán)牙模塊的主從狀態(tài)；HC05_Set_Cmd函數(shù)是一個(gè)ATK-HC05藍(lán)牙模塊的通用設(shè)置指令，通過調(diào)用該函數(shù)，可以修改ATK-HC05藍(lán)牙串口模塊的各種設(shè)置；HC05_CFG_CMD函數(shù)專為USMART調(diào)試組件提供，專用于USMART測試ATK-HC05藍(lán)牙串口模塊的AT指令，如果在不需要串口調(diào)試的時(shí)候，可以將該函數(shù)刪除。在main函數(shù)里面，通過判斷是否接收字符串指令來決定每個(gè)功能的運(yùn)行,所以我們設(shè)置每個(gè)按鍵的發(fā)送內(nèi)容分別對(duì)應(yīng)相應(yīng)的操作，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制。設(shè)置完成后，就可以通過移動(dòng)端控制系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，同時(shí)移動(dòng)端還可以接收來自系統(tǒng)的同步數(shù)據(jù)。
2.3示步模塊電路設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)中的示步模塊采用的是當(dāng)前廣泛使用的振動(dòng)傳感器。該振動(dòng)傳感器的核心技術(shù)是SW-18020P彈簧型無方向性觸發(fā)開關(guān)；是一種廣泛使用的報(bào)警檢測傳感器，通過內(nèi)部的壓電陶瓷片加彈簧重錘結(jié)構(gòu)感受機(jī)械運(yùn)動(dòng)振動(dòng)的參量（如振動(dòng)速度、頻率、加速度等）并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)，然后經(jīng)過LM358等運(yùn)放放大并輸出控制信號(hào)。當(dāng)寵物處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，振動(dòng)開關(guān)呈斷開狀態(tài)，輸出端輸出高電平，綠色指示燈滅；當(dāng)寵物處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，振動(dòng)開關(guān)瞬間導(dǎo)通，輸出端輸出低電平，綠色指示燈亮。輸出端與單片機(jī)直接相連接，通過單片機(jī)檢測到高低電平，最后通過高低電平控制該設(shè)備的示步燈的亮滅。當(dāng)寵物處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，示步燈通過程序產(chǎn)生循環(huán)關(guān)系，示步燈循環(huán)閃亮，達(dá)到寵物示步的效果。
2.4音樂模塊電路設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)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(nèi)置3W功放，可以直接驅(qū)動(dòng)3W的揚(yáng)聲器。該模塊內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)的UART異步串口協(xié)議?？梢酝ㄟ^MAX3232芯片轉(zhuǎn)換成RS232電平或者通過USB轉(zhuǎn)TTL模塊與PC通訊調(diào)試。該設(shè)備中STM32單片機(jī)通過串口給MY1690-16S芯片發(fā)送相應(yīng)的字符串指令，然后芯片判斷字符串指令進(jìn)行相應(yīng)的音樂操作，比如：播放、暫停、切換等；如果指令錯(cuò)誤，則不進(jìn)行任何的操作。
2.5溫度測量模塊電路設(shè)計(jì)
系統(tǒng)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(shí)僅需一條口線即可實(shí)現(xiàn)與位處理器的雙向通信，DS18B20在出廠時(shí)以設(shè)置為12位數(shù)據(jù)，讀取溫度數(shù)據(jù)時(shí)共讀取16位，然后把后11位的2進(jìn)制轉(zhuǎn)化為10進(jìn)制后再乘0.0625即為所測溫度值。前5位數(shù)字為符號(hào)位，當(dāng)前5位數(shù)值為1時(shí)，讀取的溫度為負(fù)數(shù)；當(dāng)前5位數(shù)值為0時(shí)，讀取的溫度為正數(shù)，測量結(jié)果以數(shù)字量方式串口傳輸。DS18b20支持多點(diǎn)組網(wǎng)技術(shù)，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在一條總線上，每條總線最多只能并聯(lián)8個(gè)，達(dá)到多點(diǎn)測溫，實(shí)現(xiàn)全方位測溫。
三、智能寵物穿戴設(shè)備軟件設(shè)計(jì)和測試
在系統(tǒng)上電之后，STM32單片機(jī)首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)的初始化。初始化主要包括對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行配置，之后便對(duì)設(shè)備用到的兩個(gè)串口進(jìn)行配置，并對(duì)串口進(jìn)行配置，其中這些配置主要有設(shè)置串口時(shí)鐘、管腳、波特率、數(shù)據(jù)幀格式以及優(yōu)先級(jí)進(jìn)行配置，將藍(lán)牙所用的串口的優(yōu)先級(jí)設(shè)置成最高優(yōu)先級(jí)，音樂模塊用到的串口配置為較低的優(yōu)先級(jí)。對(duì)于藍(lán)牙所用的串口中斷處理函數(shù)，以及音樂模塊的串口只需要能夠發(fā)送相關(guān)的指令即可，即對(duì)printf()函數(shù)進(jìn)行重定向即可。
除了對(duì)于串口的初始化之外還有對(duì)于系統(tǒng)外部中斷以及普通GPIO口的初始化。對(duì)于外部中斷的初始化時(shí)，首先對(duì)于相關(guān)的外部中斷GPIO口進(jìn)行時(shí)鐘以及管腳配置，之后再配置相關(guān)外部中斷的模式以及優(yōu)先級(jí)的配置。對(duì)于外部中斷函數(shù)，系統(tǒng)進(jìn)入外部中斷后系統(tǒng)中相關(guān)統(tǒng)計(jì)步數(shù)的變量加一，然后控制示步燈循環(huán)向前閃爍一個(gè)。對(duì)于普通GPIO的配置只需設(shè)置好時(shí)鐘以及GPIO的相關(guān)模式即可，以及對(duì)DS18B20的控制函數(shù)以及讀取數(shù)據(jù)的函數(shù)進(jìn)行編寫。在前面的步驟完成之后，單片機(jī)主要進(jìn)行的工作是查詢系統(tǒng)中相關(guān)的中斷。對(duì)于藍(lán)牙串口，主要用于接收指令并且進(jìn)行判斷，然后對(duì)不同的指令進(jìn)行不同的操作。
在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，首先需要輸入密碼連接設(shè)備的藍(lán)牙裝置，當(dāng)藍(lán)牙連接成功，可以在適應(yīng)的范圍內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)的功能操作。然后通過移動(dòng)終端按鍵給單片機(jī)發(fā)送字符串指令，在上面的發(fā)送指令區(qū)中顯示出所發(fā)送的指令數(shù)據(jù)；當(dāng)單片機(jī)接收到相應(yīng)功能的指令字符串，就會(huì)將監(jiān)測到的相應(yīng)數(shù)據(jù)發(fā)送到移動(dòng)終端，最后在移動(dòng)端的數(shù)據(jù)顯示框中顯示出來。
總結(jié)
基于藍(lán)牙無線控制的寵物穿戴設(shè)備系統(tǒng)是硬件技術(shù)與移動(dòng)終端相結(jié)合，是在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，它將寵物服飾與智能化硬件相結(jié)合，本設(shè)備的設(shè)計(jì)達(dá)到了現(xiàn)代化智能寵物穿戴設(shè)備的基本要求，本系統(tǒng)具有運(yùn)行穩(wěn)定、簡單易操作、開發(fā)成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，具有市場推廣性。
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