UEAL第2届电子设计大赛第四轮——儿童走失报警

儿童走失报警器

感谢ICKEY社区及DFRobot提供的DFRobot bluno，同时感谢技术支持耐心的解答。

方案设计与论证

本次儿童走失报警器设计，主要基于DFRobot的Bluno M3开发板，其采用的是意法半导体集团生产的STM32F103RET6,这款处理器以ARM Cortex-M3为核心，工作在72MHz的频率下。与Arduino所使用的8位处理器相比，Bluno的处理器性能和硬件资源有了很大的提升，但是却有近似的成本，为电子积木扩宽了应用的空间。

同时，Bluno板载了Ti的CC2540芯片，支持蓝牙4.0，CC2540是一个超低消耗功率的真正系统单晶片，它整合了包含微控制器、主机端及应用程序在一个元件上。CC2540结合一个优异的无线射频传送接收器及一个工业标准的加强型8051微控制器，它包括连接类比及数位感应器的周边，内建可程式的快闪记忆体，精确的无线射频讯号强度指示， 全速USB 2.0界面，内建AES-128加密引擎。数字外设21个通用型输出入接口， 2个USART (UART或SPI)，全速USB 2.0，2个16位元及2个8位元计时器，专属的连接层计时器用于低功率蓝牙协定时脉。同时CC2540还肩负着一个重要作用。

USB线直接接到CC2540上，通信指示灯在下方,我们可以了解，CC2540的固件一部分功能是用做下载协议转换以实现Arduino程序下载，另一部分是完成AT的命令控制，CC2540起到转换芯片的作用。
方案：

发射端：

官方网站上推荐的USB BLE-LINK V1.0 Bluno+微型充电宝，这样的组合将会十分小巧，便于儿童携带，同时接口利于扩展，电平兼容。对于后续发送低电压警告，也利于扩展。考虑到儿童操作的简单性，我们只留有一个按键在发射端，作为紧急联系。

         

+           

USB BLE-LINK      +      小型充电宝

扩展部分模块

GPS模块

短信模块——西门子TC35

file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image003.png

接收端：

主控+蓝牙：DFrobot Bluno M3

显示：TFT全彩液晶

我们考虑到儿童端操作不宜复杂，且由于我们只有一个小巧的Bluno M3,故我们本次设计将Bluno作为接收端，大部分功能均在接收端实现，实现社区LOGO、学校LOGO、循环显示，时间、日期的显示，距离报警，报警距离可调。

参数计算

TI公司的CC2540，它支持4种发射功率选择：4dBm、0dBm、-6dBm和-23dBm，按无线电功率定义：LdBm=10lg(Pwr/1mW)，以上4种分贝值换算成瓦特为：2.51mW、1mW、0.251mW和0.005mW，有效通信距离分别为：30米、10米、7米和3米。

事实上，RSSI测距具有很大的缺陷，在本次大赛期间发现，存在着同一次连接下，位置发生改变，ＲＳＳＩ值不发生变化，容易出现不规律跳变现象，如３米时RSSI绝对值大于５米时RSSI绝对值，误差较大。重启Ｂｌｕｎｏ后（包括重启STM３２及BLE），同一位置的RSSI值变化较大。

根据Rssi转换为距离公式：

其中A可以看作是信号传输1米远时接收信号的功率，n是传播因子（它受障碍，温度和湿度等影响），r是节点之间的距离。当确定了常数A与n的值后，距离r就可以根据PR(dBm)计算出来。

RSSI采样值遵循以下特点：有个别的脉冲干扰引起极大值和极小值的出现，其他采样数据值沿平均值分布，比较适合的算法是：滑动防脉冲干扰平均滤波法。它的原理是，设有N个单位的队列，用新的采样值覆盖旧的采样值，去除队列中最大值和最小值后，再计算队列中采样数据的平均值。

软件代码

分别为发送“+++”；蜂鸣器报警；报警距离四档可调。

• if(rssi == "-000"){
•      digitalWrite(BEEP, LOW);
•      delay(1000);
•      digitalWrite(BEEP, HIGH);
•     }
•     if(rssi == "-070" || rssi == "-071" || rssi == "-072" || rssi == "-073" || rssi == "-074" || rssi == "-075" || rssi == "-076" || rssi == "-077" || rssi == "-078" || rssi == "-079" || rssi == "-080" ){
•       digitalWrite(BEEP, LOW);
•       delay(5000);
•       digitalWrite(BEEP, HIGH);
  

[color=rgb(51, 102, 153) !important]复制代码

• Serial1.print("+");
•    Serial1.print("+");
•    Serial1.print("+");
  

[color=rgb(51, 102, 153) !important]复制代码

• if (buffer == "OK\r\n") {
•          Serial1.println("AT+TXPOWER=4");
•          reading = false;
•          state = WAIT_TXPOWER_0;
•       }
  

[color=rgb(51, 102, 153) !important]复制代码

• if ( buffer == "OK\r\n") {
•          Serial1.println("AT+TXPOWER=0");
•          reading = false;
•          state = WAIT_TXPOWER_1;
•       }
  

[color=rgb(51, 102, 153) !important]复制代码

• if ( buffer == "OK\r\n") {
•          Serial1.println("AT+TXPOWER= -6");
•          reading = false;
•          state = WAIT_TXPOWER_2;
•       }
  

[color=rgb(51, 102, 153) !important]复制代码

• if (buffer == "OKTXPOWER\r\n") {
•          Serial1.println("AT+TXPOWER= -23");
•          reading = false;
•          state = WAIT_TXPOWER_3;
•       }
  

[color=rgb(51, 102, 153) !important]复制代码


电路图

Bluno M3

CC2540

STM32

POWER

蜂鸣器

低电平有效

TFT液晶

CS：TFTLCD片选信号。

WR：向TFTLCD写入数据。

RD：从TFTLCD读取数据。

D[15:0]：16位双向数据线。

RST：硬复位TFTLCD。

RS：命令/数据标志（0，读写命令；1，读写数据）

NEO-6M GPS模块

EEPROM

NEO-6

接口

短信发送模块TC35

测试方法与数据

在测试中、 我们采用手机蓝牙BLE .0以及电脑蓝牙作为发射端，通过Bluno M3测试各部分功能。

蓝牙测试：http://v.youku.com/v_show/id_XMTU4NDQyMTI3Mg==.html

GPS测试：

结果分析

根据我们的实际RSSI-距离曲线，我们可实现超过3米后实现蜂鸣器报警，超过15米后，蜂鸣器持续响直至重新连接。

开机后循环显示LOGO数秒后进入时钟界面。

我们的报警距离可在20米（理论为30m）、10米、6米、3米四个范围可调。

我们在发射端设置西门子TC35模块，可实现短信发送（需STC15+蓝牙4.0模块控制或另一块BLuno控制）

演示视频

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