“互聯(lián)網(wǎng)+”智能寵物多功能外飾實(shí)現(xiàn)

蘇華玲 湯麗華 湯期泳 陳明明

（1、廈門華廈學(xué)院，福建 廈門361024 2、新一代信息通信技術(shù)與智慧教育福建省高校工程研究中心，福建 廈門361024）

據(jù)最新數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)國(guó)內(nèi)寵物產(chǎn)業(yè)消費(fèi)總額有望超過(guò)2000 億元人民幣，今后十年的復(fù)合增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)可以達(dá)到30%左右。國(guó)內(nèi)寵物智能產(chǎn)品從創(chuàng)新設(shè)計(jì)、研發(fā)再到銷售，都逐漸進(jìn)入社會(huì)市場(chǎng)中，越來(lái)越多的人們開始接受、改變養(yǎng)寵生活。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，寵物智能穿戴設(shè)備的需求量將會(huì)越來(lái)越大。

針對(duì)寵物的走失問(wèn)題，本設(shè)計(jì)利用AT89C52 單片機(jī)設(shè)計(jì)一款智能寵物外飾設(shè)備：當(dāng)寵物距離較近時(shí)，通過(guò)藍(lán)牙的連接狀態(tài)及時(shí)判斷寵物丟失情況；當(dāng)寵物距離較遠(yuǎn)時(shí)，通過(guò)GPS 實(shí)現(xiàn)寵物定位查找；同時(shí)具備感知周圍環(huán)境的能力，并作出相應(yīng)的處理，主人通過(guò)手機(jī)端實(shí)時(shí)查看寵物的位置和所處的環(huán)境。本設(shè)計(jì)還包括實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)寵物健康，讓主人實(shí)時(shí)了解寵物的健康狀態(tài)，確保寵物在出現(xiàn)健康問(wèn)題時(shí)可以及時(shí)做到最好的處理。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

1.1 藍(lán)牙報(bào)警

將藍(lán)牙模塊的KEY 引腳置高電平使其進(jìn)入AT 指令模式，指示燈為慢亮慢閃狀態(tài)。當(dāng)模塊處于AT 命令工作模式時(shí)，執(zhí)行下述的AT 命令：為模塊設(shè)定控制參數(shù)以及發(fā)布控制命令。通過(guò)控制模塊引腳（PIO11）輸入高低電平，可以實(shí)現(xiàn)模塊工作狀態(tài)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換，具體操作如表1 所示。

表1 AT 指令說(shuō)明表

1.2 溫度檢測(cè)報(bào)警

本次所使用的溫度傳感器只需要配置好相應(yīng)的串口就可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)環(huán)境溫度，再加上延時(shí)函數(shù)就可以做到延時(shí)時(shí)間內(nèi)反復(fù)檢測(cè)溫度數(shù)值，并在LCD 上顯示。

在具體運(yùn)行中主要是以調(diào)用Ds18b20ReadTemp()函數(shù)來(lái)獲取檢測(cè)到的溫度值，但要注意的是此時(shí)獲取的僅僅是溫度對(duì)應(yīng)的2 個(gè)字節(jié)，還需乘以精度0.0625 才是實(shí)際的溫度。

讀取到實(shí)際溫度值后，通過(guò)與設(shè)定溫度的界限值來(lái)對(duì)比，一旦超出或低于溫度界限值，設(shè)備將會(huì)作出相應(yīng)的反應(yīng)：當(dāng)寵物所處環(huán)境溫度過(guò)高時(shí)，可以對(duì)寵物進(jìn)行降溫；當(dāng)寵物所處環(huán)境溫度低于所設(shè)定的界限值時(shí)，蜂鳴器會(huì)發(fā)出警報(bào)，同時(shí)做出相應(yīng)的升溫措施。

1.3 GPS+GSM定位

首先通過(guò)AT 指令模式將GSM 設(shè)備的頻率以及所需要發(fā)送的手機(jī)號(hào)碼設(shè)定，再以HEX 形式將所需要發(fā)送的內(nèi)容轉(zhuǎn)換形式。最終點(diǎn)擊發(fā)送，就可以在手機(jī)收到測(cè)試所發(fā)送的短信內(nèi)容。（注意這里發(fā)送的只能是英文或數(shù)字，中文需要重新設(shè)置發(fā)送方式）

通過(guò)配置相關(guān)的寄存器進(jìn)行模塊的初始化，再通過(guò)發(fā)送AT指令的方式來(lái)進(jìn)行GPS 定位以及使用短信方式將實(shí)際坐標(biāo)發(fā)送至設(shè)定好的主人手機(jī)。這樣，主人可以實(shí)時(shí)查看寵物的位置信息。

1.4 LCD 顯示設(shè)計(jì)

要使用LCD1602A，首先需要對(duì)它進(jìn)行初始化操作，即通過(guò)寫入一些特定的指令實(shí)現(xiàn)。然后選擇要在LCD1602 的哪個(gè)位置顯示，并將所要顯示的數(shù)據(jù)發(fā)送到LCD 的DDRAM。LCD 初始化完成后，需要通過(guò)IIC 總線將溫度傳感器檢查到的溫度顯示在LCD 屏幕上，并且將溫度的界限值也顯示出來(lái)。

2 智能寵物外飾設(shè)備功能介紹

2.1 短距離藍(lán)牙報(bào)警模塊

當(dāng)寵物走失且距離養(yǎng)寵主人較近時(shí)，主要通過(guò)養(yǎng)寵主人手機(jī)端藍(lán)牙的連接狀態(tài)來(lái)判斷：一旦寵物離開藍(lán)牙可連接的范圍（由于設(shè)備原因只支持安卓系統(tǒng)手機(jī)，并且通過(guò)測(cè)試有效連接范圍在10 米左右），設(shè)備端蜂鳴器將會(huì)產(chǎn)生報(bào)警。當(dāng)手機(jī)與設(shè)備重新回到可連接范圍內(nèi)，藍(lán)牙模塊會(huì)自動(dòng)與手機(jī)進(jìn)行配對(duì)，配對(duì)成功后警報(bào)消失。

2.2 環(huán)境檢測(cè)模塊

環(huán)境是直接影響寵物身體的一個(gè)重要因素，比如溫差變化大、空氣濕度大等都會(huì)對(duì)寵物的健康造成一定的影響。因此，本設(shè)計(jì)增加了一個(gè)環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊，實(shí)時(shí)檢測(cè)寵物所處環(huán)境，一旦所處環(huán)境不適宜時(shí)蜂鳴器會(huì)產(chǎn)生報(bào)警，并且做出一些簡(jiǎn)單的應(yīng)對(duì)措施。

（1）當(dāng)寵物所處環(huán)境溫度過(guò)高時(shí)，可以對(duì)寵物進(jìn)行降溫，本設(shè)計(jì)中用了直流電機(jī)風(fēng)扇模擬降溫操作，當(dāng)溫度回到正常值時(shí)警報(bào)和降溫措施關(guān)閉。

（2）當(dāng)寵物所處環(huán)境溫度低于所設(shè)定的界限值時(shí)，蜂鳴器會(huì)發(fā)出警報(bào)，同時(shí)做出相應(yīng)的升溫措施，在本設(shè)計(jì)中用紅色LED燈模擬升溫設(shè)備。同樣，當(dāng)溫度回到正常值時(shí)報(bào)警和升溫設(shè)備關(guān)閉。

2.3 定位模塊

當(dāng)寵物走失且距離養(yǎng)寵主人較遠(yuǎn)（半徑范圍超過(guò)10 米）時(shí)，藍(lán)牙設(shè)備將處于斷開連接的狀態(tài)。這時(shí)GPS 的電源自動(dòng)打開，定位模塊開始工作。定位模塊會(huì)將寵物的大致坐標(biāo)通過(guò)GSM芯片以短信的方式發(fā)送給主人的手機(jī)。通過(guò)比對(duì)接收的坐標(biāo)在相關(guān)的地圖上的顯示來(lái)確定寵物的位置。

3 測(cè)試

由于所設(shè)計(jì)的智能寵物外飾設(shè)備所需要使用到的寄存器以及通用I/O 口的具體數(shù)目并不多，因此本文選用51 單片機(jī)，并定義P1.5 口為蜂鳴器，給1.5 口高電平以及延時(shí)函數(shù)：如果蜂鳴器響起，則單片機(jī)測(cè)試完成。如蜂鳴器沒(méi)有響起，檢測(cè)接線，如無(wú)問(wèn)題更換單片機(jī)核心。

3.1 藍(lán)牙防丟失模塊測(cè)試

表2 藍(lán)牙測(cè)試表

所采用的藍(lán)牙模塊型號(hào)為HC-05，模塊需要通過(guò)AT 指令來(lái)實(shí)現(xiàn)一些基本設(shè)置，方便之后與手機(jī)配對(duì)。手機(jī)配對(duì)成功后將手機(jī)移動(dòng)至10 米以外，查看藍(lán)牙連接狀態(tài)，觀察藍(lán)牙斷開連接后是否能聽到蜂鳴器的響起。再將手機(jī)慢慢靠近設(shè)備，當(dāng)設(shè)備藍(lán)牙與手機(jī)藍(lán)牙自動(dòng)匹配連接上時(shí)，蜂鳴器停止響聲。

3.2 LCD 顯示屏、蜂鳴器及DS18B20 模塊測(cè)試

設(shè)備通電，LCD 屏馬上亮起，此時(shí)顯示屏分成上下兩行。上行顯示為實(shí)時(shí)溫度，用手將DS18B20 傳感器捂住，觀察此行數(shù)值是否改變。下行為最高溫度以及最低溫度值的顯示，通過(guò)定義的按鈕對(duì)其值進(jìn)行改寫。觀察改寫后是否能夠正常顯示。

表3 溫度測(cè)試表

設(shè)定最高溫及最低溫界限值為28℃和20℃，通過(guò)手動(dòng)進(jìn)行升降溫測(cè)試，觀察屏幕顯示以及蜂鳴器狀態(tài)。判斷是否正常工作。

3.3 GPS 模塊部分測(cè)試

在GPS 部分選擇使用GSM短信的方式，將設(shè)備的經(jīng)緯度發(fā)送至主人手機(jī)端。而GSM同樣需要提前對(duì)其進(jìn)行AT 指令的設(shè)置，通過(guò)AT 指令形式，將接收的手機(jī)號(hào)改成測(cè)試手機(jī)號(hào)，使用AT 指令讓設(shè)備往提前改好的測(cè)試手機(jī)發(fā)送短信，短信內(nèi)容為數(shù)字“SIM908 TEXT”，發(fā)送間隔為10 秒一次，觀察測(cè)試手機(jī)是否能夠接收到短信；隨后打開GPS 電源開關(guān)，測(cè)試手機(jī)將會(huì)接收到設(shè)備的經(jīng)緯度短信信息。如無(wú)正常接收短信則優(yōu)先檢驗(yàn)設(shè)備是否連接上網(wǎng)絡(luò)（即設(shè)備端的SIM卡是否聯(lián)網(wǎng)允許發(fā)送短信）；其次再觀察GPS 天線是否連接正確（天線的連接很大程度上影響GPS 設(shè)備的使用）。

4 結(jié)論

本設(shè)計(jì)主要是針對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外寵物智能穿戴設(shè)備發(fā)展的巨大市場(chǎng)潛力，以及當(dāng)前國(guó)內(nèi)的社會(huì)發(fā)展潮流趨勢(shì)為背景所設(shè)計(jì)的一款基于寵物防丟失、健康檢查的智能穿戴設(shè)備。在功能上相對(duì)于同一類型的設(shè)備更加完善，在防走失方面不僅做到遠(yuǎn)距離的精確定位，同時(shí)也可以起到短距離內(nèi)的及時(shí)警醒作用。在寵物健康方面也能夠做到實(shí)時(shí)的檢查，確保寵物的身體健康狀況能夠及時(shí)被主人所了解。同時(shí)管理系統(tǒng)的完善也能給主人更多飼養(yǎng)寵物的樂(lè)趣。