UEAL第2届电子设计大赛第四轮——儿童走失报警器

UEAL第2届电子设计大赛第四轮——儿童走失报警器

东华理工大学

东华理工大学——儿童走失报警器作品介绍链接：描述篇：

东华理工大学——儿童走失报警器作品介绍链接：演示篇：
题目要求：

利用DFRobot M3开发板设计一款儿童走失报警，使用时发射端放在儿童口袋内，接收端由家长携带。

基本要求：

1. 当发射端与接收端相距大于3～5米时，接收端应发出提示声，提示音持续时间为5秒。 完成

2. 当发射端与接收端相距大于15～20米时，接收端应发出连续报警声。 完成

3、显示部分要求显示云汉社区logo与参赛高校logo 完成

4、上传视频 完成

5、根据自己设计的功能有详细的讲解步骤 完成

发挥部分：

1．显示时间与日期功能;温湿度  

2．报警距离可调;

3．超出蓝牙(其他无线装置)极限30m距离后，可自动通过GPRS切换GPS定位，并实时更新儿童所在位置;

4.  低电量短信通知功能 ；当电源不足时，此时会主动发出一通短信通知第一组紧急联络人

5．其它创新

评分标准：

	项  目	得 分
设计报告	应包括：方案设计与论证, 参数计算、电路图、 软件流程图、测试方法与数据,结果分析等、正文内容不超过6页	20
基    本    部    分	完成第一项要求	10
	完成第二项要求	10
	完成第三项要求	10
	完成第四项要求	10
	完成第五项要求	10
发    挥    部    分	完成第一项要求	10
	完成第二项要求	10
	完成第三项要求	20
	特色与创新	10

题目完成情况：

基本部分：１、２、３、４、５全部完成。评委可在接下来的帖子与视频中证实。

发挥部分：１、2、3,５完成，４未完成

特色与创新:将蓝牙报警器作为一个简单的儿童蓝牙手表，具有温湿度，距离范围，时钟，震动报警，声光报警，防丢牌等功能。特别是时钟，我们将表盘与DFROBOT的LOGO结合，既美观又实用。对于测试，我们使用MATLAB对RSSI数据表进行大量的计算，用于测试结果的正确与否。

UEAL第四轮主观题设计报告蓝牙报警器
东华理工大学电子科技协会一、方案设计与论证：

基于蓝牙的距离测试方法:

蓝牙测距是通过查询蓝牙的RSSI值进行运算，得到一个距离值。虽然随着环境的改变，该值可能并不准确，但是大体上符合测距的要求。

我们使用的是DFROBOT的Bluno m3蓝牙Arduino开发板，使用简单的AT指令便可以获取RSSI的值。然后进行一定的运算，得到距离值给其它模块进行调用。

DFROBOT Bluno m3 介绍:

Bluno M3 是一款基于ARM处理器并且兼容Arduino接口的开源硬件平台。一款集成了蓝牙4.0通信模块和32位主控芯片STM32F103RET6的微控制 器。作为Bluno 家族新的一员， Bluno M3继承了Bluno系列的几个特点：支持蓝牙通信、支持无线编程和支持手机控制等。在此基础上Bluno M3 也新增了新的功能——更强大的处理性能，更大的存储空间和更多的接口资源。这完全得益于它现在采用的32位主控芯片。

CC2540配置方式:

测距需要两个蓝牙器件进行链接后才可以进行，我们使用Bluno作为从机，Bluno m3作为主机。也就是说把Bluno　m3的CC2540配置为ROLE_CENTRAL模式，Bluno的CC2540配置为ROLE_PERIPHERAL模式

AT指令:

AT指令集是从终端设备（Terminal Equipment，TE)或数据终端设备（Data Terminal Equipment，DTE)向终端适配器(Terminal Adapter，TA)或数据电路终端设备(Data Circuit Terminal Equipment，DCE)发送的。

AT指令是以AT作首， 字符结束的字符串，AT指令的响应数据包在 中。每个指令执行成功与否都有相应的返回。其他的一些非预期的信息(如有人拨号进来、线路无信号等)，模块将有对应的一些信息提示，接收端可做相应的处理。

PC端发送AT指令读取M3的RSSI值的方法:

1.打开Arduino IDE

2.在菜单-》工具-》串口中选择正确的设备

3.开启串口监视器 (点击窗口的右上角的按键)

4.在两个下拉菜单中选择"No line ending"(①)和115200 baud（②）

5.在输入框中（③）输入"+++"，并点击发送键（④）

6.如果收到“Enter AT Mode”(⑤),就证明已经进入AT指令模式.

.

M3发送AT指令读取RSSI值的方法:

我们参考了网友的程序，并进行了修改。其中需要注意的是，一旦进入AT模式，与CC2540相连的串口就不能使用。因此我们增设了一组虚拟串口，使用外接的PL2302　USB串口用于获取返回的RSSI值。具体程序见附录。

M3与Bluno指令交互的拓扑结构:

当蓝牙链接时，链接指示灯LINK灯亮，屏蔽主机串口回路，不能收发。

链接到从机串口回路，对从机可进行串口收发。

回路为：PC-主机CC2540--从机CC2540-从机-从机CC2540--主机CC2540-PC

作品全局展示：M3与Bluno指令交互的拓扑结构:

当蓝牙链接时，链接指示灯LINK灯亮，屏蔽主机串口回路，不能收发。

链接到从机串口回路，对从机可进行串口收发。

回路为：PC-主机CC2540--从机CC2540-从机-从机CC2540--主机CC2540-PC

作品全局展示：

彩屏GUI展示:

主要界面

防丢牌

GPS模块展示：

GPS定位功能图片展示：

机智云扩展板介绍:

板载了正反转可调速电机马达、温湿度传感器、红外感应器、RGB全彩LED灯，另外增加了OLED扩展接口

方案论证：

以上方法经过实际测试，均可以使用。

二、参数计算：

1.RSSI--距离公式

计算公式：

    d = 10^((abs(RSSI) - A) / (10 * n))

其中：

    d - 计算所得距离

    RSSI - 接收信号强度（负值）

    A - 发射端和接收端相隔1米时的信号强度

    n - 环境衰减因子

在实际使用中，A我们取值59,n我们取值2.0较符合！

三、电路图[size=21.3333px]

四、软件流程图:

1.功能模块：

（一）AT指令发送模块:

Serial.print("+");

Serial.print("+");

Serial.print("+");   // Enter the AT mode

delay(1000); // Slow down and wait for connectin establishment

该模块放在setup()中用于进入AT模式，注意，发送完指令后需要进行等待。

（二）RSSI指令读取模块:

uchar ScanDis(uint *Dis);

以下是AT指令获取部分程序代码

char Data[100];

char RAW[3];

int INDEX;

char Value = '-';

    Serial.println("AT+RSSI=?"); // Ask about the RSSI

    delay(100);

    Serial.println("AT+RSSI=?"); // Ask about the RSSI

    delay(100);

for(int x=0 ; Serial.available() > 0 ; x++ ){    // get the Enter AT mode words

    Data[x] = Serial.read(); // Read and store Data Byte by Byte

    if (Data[x] == Value ) // Look for the elemnt of the array that have "-" that's the start of the RSSI value

      {

        INDEX=x+1;

      }

  }   

    RAW[0] = Data[INDEX]; // Copy the RSSI value to RAW Char array

    RAW[1] = Data[INDEX+1];

    RAW[2] = Data[INDEX+2];

Dis[0] = atoi(RAW);  //Convert the Array to an integer

Dis[0]  RSSI值，2字节数

Dis[1]  距离值，2字节数

Dis[2]  距离状态变量，2字节数

0:        1米范围之内

1:        1-3米范围

2:        3-5米范围

3:        5-20米范围

4:        20-30米范围之外

5:        30米范围之外

（三）温湿度检测模块:

uchar ReadHt(uchar *HTData);

函数参数列表为:

HTData[0] 湿度值，单字节数

HTData[1] 温度值, 单字节数

（四）报警处理模块:

void Motor_status(MOTOR_T motor_speed);

void AlarmHandle(uint Time);

Motor_status用于配置电机的转速，>5正转，<5反转

AlarmHandle 用于定时器延时，避免使用Delay延时函数，造成系统卡顿。

Time的单位为毫秒

（五）显示屏指令发送读取模块:

uchar Display(uint *Par);

void my_display(uint *Data);

Par[0] 湿度值        2字节数

Par[1] 温度值        2字节数

Par[2] RSSI值        2字节数

Par[3] 距离值        2字节数

Par[4] 屏幕返回值        2字节数

（六）数据处理模块:

串口模块:

SoftwareSerial mySerial(8, 9); // RX, TX

SoftwareSerial mySerial2(10, 11); // RX, TX

mySerial为Bluno与串口屏通讯端口

mySerial2 为测试通讯端口

[size=12.0000pt]（七）初始化模块:

2.状态机：

  enum MAINSTATE {SENDDIS = 0, READHT, SCANDIST, HANDLE};

   switch (State)

    {

      case SENDDIS:

        {

          NState = READHT;

          Display(MainData.DisData);

          MainData.HandleD[0] = MainData.DisData[4];

        } break;

      case READHT:

        {

          NState = SCANDIST;

          ReadHt(MainData.HTData);

          MainData.DisData[1] = MainData.HTData[0] * 100;

          MainData.DisData[0] = MainData.HTData[1] * 100;

          MainData.HandleD[1] = MainData.HTData[0];

          MainData.HandleD[2] = MainData.HTData[1];

          Temp = MainData.HTData[1];

          Humidity = MainData.HTData[0];

        } break;

      case SCANDIST:

        {

          NState = HANDLE;

          ScanDis(MainData.DistanceData);

          MainData.DisData[2] = MainData.DistanceData[0];

          MainData.DisData[3] = MainData.DistanceData[1];

          MainData.HandleD[3] = MainData.DistanceData[0];

          MainData.HandleD[4] = MainData.DistanceData[1];

          MainData.HandleD[5] = MainData.DistanceData[2];

        } break;

      case HANDLE:

        {

          NState = SENDDIS;

          HandleData(MainData.HandleD);

        } break;

    }

    State = NState;

五、测试方法与数据：

1.PC端测试RSSI

2.板载指示灯显示指令发送状态

3.虚拟串口采集状态

4.数据测试：MATLAB　计算RSSI与距离的关系

我们使用了四组不同的参数计算RSSI与距离的关系，实际测得第一组A=59,n=2.0比较合适。

六、结果分析等

1.功能解读:

我们的作品具有的功能如下：

使用彩屏显示各种信息，例如时间，温度湿度，RSSI值，距离值，震动报警，声光报警，给主机端报警请求，防丢牌功能显示儿童父母的信息以及住址信息。

温湿度采集：

我们直接采用了本次比赛的赞助商机智云的扩展板接入DFROBOT Bluno上，扩展板上有我们需要的温湿度采集器DHT11,震动马达，RGB　led。极大地方便了我们功能的实现。

附录

一、MATLAB测试程序:

%subplot(2,2,1);

RSSI = 0:1:100;

A = 59;

n = 2.0;

d = 10.^((abs(RSSI)-A)/(10*n));

plot(RSSI,d,'b');

ylim([0 30]);

grid on

hold on

%grid minor

%subplot(2,2,2);

RSSI = 0:1:100;

A = 60;

n = 2.0;

d = 10.^((abs(RSSI)-A)/(10*n));

plot(RSSI,d,'m');

ylim([0 30]);

grid on

hold on

%grid minor

%subplot(2,2,3);

RSSI = 0:1:100;

A = 59;

n = 1.0;

d = 10.^((abs(RSSI)-A)/(10*n));

plot(RSSI,d,'c');

ylim([0 30]);

grid on

hold on

%grid minor

%subplot(2,2,4);

RSSI = 0:1:100;

A = 60;

n = 1.0;

d = 10.^((abs(RSSI)-A)/(10*n));

plot(RSSI,d,'r');

ylim([0 30]);

grid on

hold off

%grid minor

xlabel('-RSSI/dbm'),ylabel('Distance/m');

title('d = 10 pow ((abs(RSSI) - A) / (10 * n))');

legend('A=59,n=2.0','A=60,n=2.0','A=59,n=1.0','A=60,n=1.0');

我们使用了四组不同的参数计算RSSI与距离的关系，实际测得第一组A=59,n=2.0比较合适。

六、结果分析等

1.功能解读:

我们的作品具有的功能如下：

使用彩屏显示各种信息，例如时间，温度湿度，RSSI值，距离值，震动报警，声光报警，给主机端报警请求，防丢牌功能显示儿童父母的信息以及住址信息。

温湿度采集：

我们直接采用了本次比赛的赞助商机智云的扩展板接入DFROBOT Bluno上，扩展板上有我们需要的温湿度采集器DHT11,震动马达，RGB　led。极大地方便了我们功能的实现。

附录

一、MATLAB测试程序:

%subplot(2,2,1);

RSSI = 0:1:100;

A = 59;

n = 2.0;

d = 10.^((abs(RSSI)-A)/(10*n));

plot(RSSI,d,'b');

ylim([0 30]);

grid on

hold on

%grid minor

%subplot(2,2,2);

RSSI = 0:1:100;

A = 60;

n = 2.0;

d = 10.^((abs(RSSI)-A)/(10*n));

plot(RSSI,d,'m');

ylim([0 30]);

grid on

hold on

%grid minor

%subplot(2,2,3);

RSSI = 0:1:100;

A = 59;

n = 1.0;

d = 10.^((abs(RSSI)-A)/(10*n));

plot(RSSI,d,'c');

ylim([0 30]);

grid on

hold on

%grid minor

%subplot(2,2,4);

RSSI = 0:1:100;

A = 60;

n = 1.0;

d = 10.^((abs(RSSI)-A)/(10*n));

plot(RSSI,d,'r');

ylim([0 30]);

grid on

hold off

%grid minor

xlabel('-RSSI/dbm'),ylabel('Distance/m');

title('d = 10 pow ((abs(RSSI) - A) / (10 * n))');

legend('A=59,n=2.0','A=60,n=2.0','A=59,n=1.0','A=60,n=1.0');我们使用了四组不同的参数计算RSSI与距离的关系，实际测得第一组A=59,n=2.0比较合适。

学习的过程是痛并快乐的，感谢ICKEY社区及DFRobot提供的DFRobot bluno，我们会更加优秀的成绩展示自己最好的作品。

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