极客专属浪漫!用涂鸦智能压力传感器DIY一款智能杯垫!
据北京公众健康饮用水研究所李复兴教授指出:健康的饮水习惯能有效提高免疫力、康复力和代谢能力,也可以提高认知能力和思维反应能力,甚至有利于延缓老年痴呆症;而饮水量不足,则会增加肥胖病、糖尿病、高血压等慢性病的患病几率。
一款按时提醒人们饮水、记录不同时段饮水量、帮助人们养成良好饮水习惯的智能产品开始大受市场青睐。涂鸦智能赋能的智能杯垫实用又简单,还可以DIY,接下来我们就一起来看看!(成果如图一所示)
(图一:智能杯垫)
1、系统框架设计
涂鸦智能云模组可以实现通信模块数据上传、手机App检测和查看功能。基于涂鸦模组开发的智能杯垫,通过记录饮水信息、推送建议饮水量、定时饮水提醒等功能,可以科学指导老年人饮水、改变饮水习惯,使用方便、操作简单。
该项目设计的重点主要在于通过压力传感器的检测,来获取水杯的重量数据; 涂鸦蓝牙通讯模块实时从主控器上接收分析后的数据,并将分析结果传输至涂鸦智慧生活App,最终移动设备端通过服务器查看数据。其流程整体框架如图二所示:
(图二:流程框架图)
2、压力传感器
压力传感器在该系统的硬件设计中最为核心,是系统正常运行监测的关键所在。在实践中,压力传感器是最常用的一种传感器,普遍存在各类生活环境中,涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。
压力传感器的工作原理如图三所示:
(图三)
弹性元件在特定方向上受到外力发生的机械变形时,在其内部会引发极化现象;同时在它的两个对立面上衍生出正负相反的电荷。
当外部力卸去时,会恢复到不带电状态,再通过对电学信号进行检测,并利用相关转换处理计算出所受压力的大小。
3、信号处理
传感器检测到的电压仅仅为几毫伏,所以为了能够正确地获取电压信号反馈给控制器,必须对传感器的信号进行滤波放大处理。通过查阅大量的资料,我们选择HX711转换芯片。
HX711模块八通道带有128倍信号增益,可以将传感器检测到的小电压放大128倍,然后采样输出24bitAD转换值,stm32f103主控器通过GPIO模拟将24bit数据读取出来。
在众多八D转换芯片中,Hx711芯片集成有片内时钟振荡器、稳压电源等其他同等种类IC所必要的外围电路。Hx711具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点,能够高效地利用资源,提高系统性能和可靠性。
4、涂鸦蓝牙模块
蓝牙(Bluetooth)技术是一种短距离无线通信技术,它能简化移动设备与因特网、以及移动通信终端设备之间的通信,从而使因特网与现代通信设备之间的数据传输,变得更加快速与高效。
BT3L是由涂鸦智能开发的一款低功耗嵌入式蓝牙模组。它主要由一个高集成度的蓝牙芯片 TLSR8250F512ET32 和少量的外围电路构成,内置了蓝牙网络通信协议栈和丰富的库函数。
BT3L还包含低功耗的 32 位 MCU,蓝牙 5.0/2.4G Radio,4Mbits flash,48Kbyte SRAM,9个可复用的 IO 口。它的特点如下:
内置低功耗 32 位 MCU,可以兼作应用处理器
主频支持 48 MHz
工作电压:1.8V-3.6V,在 1.8V 到 2.7V 之间,模组可以启动,但是无法保证最优射频性能;在 2.8V-3.6V 之间,模组整体性能正常。
外设:5xPWM
蓝牙 RF 特性
BLE 4.2/5.0
射频数据速率高达 2Mbps
TX 发射功率:+10dBm
RX 接收灵敏度:-94.5dBm@1Mbps
内嵌硬件 AES 加密
搭配板载 PCB 天线,天线增益2.5dBi
工作温度:-40℃ to +85℃
5、软件设计
无线压力传感器的软件设计包括硬件以及上位机的设计,如图四所示:
(图四)
6、涂鸦模块开发
涂鸦 IoT 开发平台提供一站式解决方案,通过几个简单步骤即可完成产品开发。首先,进入涂鸦 IoT 开发平台创建产品、选择蓝牙协议(如图五所示,当然也可以根据实际项目需要,选择 Zigbee 或者 NB-IoT )。
(图五)
创建完毕,在功能定义中添加功能,也可以自定义想要的功能。
(自定义添加功能)
在设备模板中定义自己想要的 App 界面,相比于其它的模块,我个人认为这是一个无法比拟的优势。
(App界面)
同时涂鸦模组提供了标准化的开发流程,在通讯协议中可以看到需要上报的指令以及接收的指令,然后根据指令进行开发。
(通讯协议指令收发表)
7、智慧生活 App
可以在涂鸦智慧生活 App 中实时查看数据,若用户一定时间内没喝水则会有告警产生。同时可以设置告警音量和声音类型,也可以开通手机短信或 App 提醒等增值服务。
(压力告警界面和正常界面)
(设置告警音量、时长和铃声类型)
(手机短信通知)
(App弹窗警告)
当然,此类智能产品绝不仅局限于老年人群体,亦可灵活扩展至诸多群体的特殊需求场景中。
例如,近年来我国腰椎病患者日益增多,腰椎病患者正以惊人的速度由中老年向青壮年扩展。据不完全统计,我国腰椎间盘突出症患者已占到全国人口约15.2%,而其中不乏大量青壮年群体。
如果将老年人群体和青壮年群体的功能需求点再进行细分,打造出符合这两类群体不同定位的产品解决方案,必定可以让企业在数字化转型的浪潮中斩获新的生机。
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