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蓝牙技术

蓝牙宠物穿戴设备


近年来随着物联网、大数据、云计算以及硬技术的飞速发展,可穿戴设备成为当前一个热门课题。现在大多数人对生活的追求逐步升级,对宠物的关注更为突出,可穿戴设备受到大多数宠物主人的青睐。可穿戴设备不仅仅是一种硬件设备,更是通过软件支持以及数据交互、云端交互来实现强大而复杂的功能,可穿戴设备将会对我们的生活、感知带来很大的转变。可以预见的是,物联网时代的全面到来,使得智能宠物穿戴设备领域让人们有了更多的期待。

一、智能宠物穿戴设备设计方案

基于蓝牙无线控制的智能宠物穿戴设备的硬件系统主要通过蓝牙模块、音乐播放模块、振动计步模块、温度传感器。以单片机为整个系统的核心,通过蓝牙控制各个模块的运行。当宠物处于灯光环境较弱情况时,可通过蓝牙控制开启照明系统;照明模块主要由简单的LED灯构成,协调照明控制程序,通过蓝牙模块来控制。

宠物在运动状态时,可以开启示步模块,宠物每行走一步则LED灯循环一个;此模块主要由彩色的LED灯构成,协调震动开关来控制示步模块的运行。温度传感器DS18B20通过单总线与STM32单片机进行通信,实时的监测宠物的体温。DS18B20所传回的数据是通过蓝牙接口反馈给用户的。

音乐播放主要以MP3+WAV+WMA音乐模块为核心,还具有其他的与播放的相关操作。这个模块主要是由串口来控制的,STM32单片机发送相关的指令然后模块识别相关的指令就可以实现音乐的播放、暂停和切歌的功能。

蓝牙模块作为本设备与外界的一个接口,用户能够通过智能手机对于设备进行实时监测与控制。在硬件方面主要是通过串口与STM32单片机进行通信,然后单片机识别蓝牙模块所传回的指令,然后对系统进行一个整体的控制。

二、智能宠物穿戴设备硬件系统

2.1单片机最小系统

本系统的核心控制系统是STM32F103单片机,STM32F103是基于超低功耗的ARMCortex-M3处理器内核,工作频率高达72MHz,片上集成512KB的Flash存储器、64KB的SRAM存储器。该微控制器中集成复位电路、低电压检测、精确的RC振荡器等电路,该微控制器最多多达13个通信接口,其中包含5个USART接口。因为在本设计系统需要较多的串口,所以STM32单片机微控制器是该系统的最佳选择。

2.2蓝牙电路设计

本系统的蓝牙模块采用的是ATK-HC05蓝牙串口模块。该模块是一款高性能主从一体蓝牙串口模块,可以同各种带蓝牙功能的电脑、智能手机、PDA、PSP等移动终端配对,该模块支持较宽的波特率范围:4800MHZ-1382400MHZ;并且该模块兼容5V或3.3V单片机系统,可以很方便与该产品进行连接。另外,模块自带了一个状态指示灯,在模块上电的同时(或上电之前),此时处于慢闪状态(1秒亮1次);在模块处于上电的时候,此时处于快闪状态(1秒2次),表示模块进入可配对状态;当模块配对成功,此时处于双闪状态(一次闪2下,2秒闪一次)。HC05_Init函数用于初始化与ATK-HC05连接的IO口,并通过AT指令检测ATK-HC05蓝牙模块是否已经连接;HC05_Get_Role函数用于获取ATK-HC05蓝牙模块的主从状态;HC05_Set_Cmd函数是一个ATK-HC05蓝牙模块的通用设置指令,通过调用该函数,可以修改ATK-HC05蓝牙串口模块的各种设置;HC05_CFG_CMD函数专为USMART调试组件提供,专用于USMART测试ATK-HC05蓝牙串口模块的AT指令,如果在不需要串口调试的时候,可以将该函数删除。在main函数里面,通过判断是否接收字符串指令来决定每个功能的运行,所以我们设置每个按键的发送内容分别对应相应的操作,就可以实现对整个系统的控制。设置完成后,就可以通过移动端控制系统的各项功能,同时移动端还可以接收来自系统的同步数据。

2.3示步模块电路设计

本系统中的示步模块采用的是当前广泛使用的振动传感器。该振动传感器的核心技术是SW-18020P弹簧型无方向性触发开关;是一种广泛使用的报警检测传感器,通过内部的压电陶瓷片加弹簧重锤结构感受机械运动振动的参量(如振动速度、频率、加速度等)并转换成可用输出信号,然后经过LM358等运放放大并输出控制信号。当宠物处于静止状态时,振动开关呈断开状态,输出端输出高电平,绿色指示灯灭;当宠物处于运动状态时,振动开关瞬间导通,输出端输出低电平,绿色指示灯亮。输出端与单片机直接相连接,通过单片机检测到高低电平,最后通过高低电平控制该设备的示步灯的亮灭。当宠物处于运动状态时,示步灯通过程序产生循环关系,示步灯循环闪亮,达到宠物示步的效果。

2.4音乐模块电路设计

本系统采用的音乐模块是以MY1690-16S MP3主控芯片位核心,支持MP3、WAV格式双解码。该模块内置3W功放,可以直接驱动3W的扬声器。该模块内置标准的UART异步串口协议。可以通过MAX3232芯片转换成RS232电平或者通过USB转TTL模块与PC通讯调试。该设备中STM32单片机通过串口给MY1690-16S芯片发送相应的字符串指令,然后芯片判断字符串指令进行相应的音乐操作,比如:播放、暂停、切换等;如果指令错误,则不进行任何的操作。

2.5温度测量模块电路设计

系统的温度测量模块采用目前使用最多的DS18b20温度传感器为核心元件。DS18b20与微处理器通信时仅需一条口线即可实现与位处理器的双向通信,DS18B20在出厂时以设置为12位数据,读取温度数据时共读取16位,然后把后11位的2进制转化为10进制后再乘0.0625即为所测温度值。前5位数字为符号位,当前5位数值为1时,读取的温度为负数;当前5位数值为0时,读取的温度为正数,测量结果以数字量方式串口传输。DS18b20支持多点组网技术,多个DS18B20可以并联在一条总线上,每条总线最多只能并联8个,达到多点测温,实现全方位测温。

三、智能宠物穿戴设备软件设计和测试

在系统上电之后,STM32单片机首先对系统进行相关的初始化。初始化主要包括对系统时钟进行配置,之后便对设备用到的两个串口进行配置,并对串口进行配置,其中这些配置主要有设置串口时钟、管脚、波特率、数据帧格式以及优先级进行配置,将蓝牙所用的串口的优先级设置成最高优先级,音乐模块用到的串口配置为较低的优先级。对于蓝牙所用的串口中断处理函数,以及音乐模块的串口只需要能够发送相关的指令即可,即对printf()函数进行重定向即可。

除了对于串口的初始化之外还有对于系统外部中断以及普通GPIO口的初始化。对于外部中断的初始化时,首先对于相关的外部中断GPIO口进行时钟以及管脚配置,之后再配置相关外部中断的模式以及优先级的配置。对于外部中断函数,系统进入外部中断后系统中相关统计步数的变量加一,然后控制示步灯循环向前闪烁一个。对于普通GPIO的配置只需设置好时钟以及GPIO的相关模式即可,以及对DS18B20的控制函数以及读取数据的函数进行编写。在前面的步骤完成之后,单片机主要进行的工作是查询系统中相关的中断。对于蓝牙串口,主要用于接收指令并且进行判断,然后对不同的指令进行不同的操作。

在系统运行时,首先需要输入密码连接设备的蓝牙装置,当蓝牙连接成功,可以在适应的范围内进行相应的功能操作。然后通过移动终端按键给单片机发送字符串指令,在上面的发送指令区中显示出所发送的指令数据;当单片机接收到相应功能的指令字符串,就会将监测到的相应数据发送到移动终端,最后在移动端的数据显示框中显示出来。

总结

基于蓝牙无线控制的宠物穿戴设备系统是硬件技术与移动终端相结合,是在物联网技术的基础上发展而来的,它将宠物服饰与智能化硬件相结合,本设备的设计达到了现代化智能宠物穿戴设备的基本要求,本系统具有运行稳定、简单易操作、开发成本低廉等优点,具有市场推广性。

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