基于STM32單片機的智能寵物穿戴設備設計

劉超++史宏鑫++朱嘉樂++胡智紅++鄧鵬

摘 要 隨著科技的進步，人們對于生活的智能化要求越來越高，各種智能設備開始走進大眾家庭之中。智能寵物穿戴設備也逐漸進入了人們的視野。在國外已經有相關的智能寵物穿戴設備出現了，對于這個想法，本文設計的智能寵物穿戴設備通過STM32 單片機實現了基于GPS和GPRS的遠程定位，同時也可以通過藍牙來獲取近程的經緯度信息實現定位的功能。

【關鍵詞】STM32單片機 穿戴設備 定位技術 GPRS通信

近年來隨著人們生活水平的提高，飼養寵物的家庭越來越多，寵物可穿戴設備成為當前一個熱點研究課題。早期由于技術水平的限制以及硬件成本過高，可穿戴設備一直處于實驗階段。本文提出了一種基于STM32單片機控制的寵物穿戴設備的設計，實現的主要功能包括GPS定位、音樂播放、藍牙無線控制以及遠程的GPRS控制獲取定位信息等。

1 系統總體設計

1.1 系統硬件設計

本系統主要是由設備端和手機端一起構成的。其中設備端由STM32單片機芯片、藍牙模塊HC06、GPS定位模塊、GPRS通信模塊以及音樂播放模塊組成。在目前的通信領域中，主要有藍牙、紅外技術以及2.4G無線通信技術。但是紅外和2.4G模塊控制架構復雜，需要結合上位機。紅外與設備通信起來還是比較困難的，容易受阻。而現在智能手機普及，藍牙則 是比2.4G無線通信更加方便的技術。本系統中的音樂模塊是為了娛樂實現報警功能。系統總體整結構圖如圖1所示。

手機作為人機交互終端，在本系統中手機無論是在近程和遠程都可以起到控制的作用。藍牙的作用是近程通信，在近程可以通過手機藍牙于設備進行連接?？刂埔魳纺K，也可以通過GPS獲取經緯度。遠程控制是主要是通過GPRS短信收發模塊來獲取設備的地理位置信息。獲取經緯度之后可以通過手機的定位軟件，就可以查詢到設備所在的位置。在移動終端的藍牙測試軟件中，搜索可連接的設備，然后移動終端會自動的搜索到這個藍牙設備，通過進入系統之后設備會提示輸入密碼。本設計中通過設置密碼，提高了設備的安全性。輸入正確的密碼后，才可以開始進行相關的操作。在測試軟件中需要輸入先關的指令碼，設備就可以執行相關的功能。其中指令碼有：MON（音樂播放）、MOFF（音樂暫停）、GPS（獲取經緯度信息）以及MGINFO（設備通過短信的方式返回經緯度信息）。

2 系統硬件電路設計

2.1 STM32單片機最小系統設計

單片機最小系統以STM32F103 作為控制核心，STM32F103是具有超低功耗的 ARM Cortex-M3 處理器內核，具有高性能、低成本、低功耗的優點。最高工作頻率可達72MHz，片上集成512KB的Flash存儲器。STM32F103具有五個串口，由于本項目涉及到的串口比較多，STM32的性能也比較強大，特別適合智能寵物穿戴設備的控制。

2.1 藍牙接口電路簡介

本設備采用的是藍牙HC-06模塊，適用于近程通信任務。如果藍牙協議直接對字符進行操作，程序的移植性能會比較差。但是HC-06模塊提供了串口，使得STM32與藍牙模塊連接更加便利，開發者不再依賴于對于固定字符的編碼，從而更加靈活的應用藍牙。只要通過單片機控制串口就可以輕松的操作藍牙模塊實現功能，圖如2所示。

移動終端通過藍牙發送了相應的指令碼給設備之后，藍牙會將接收到的指令碼，通過串口將受到的指令碼發送給STM32F103單片機，單片機串口接收到指令之后，對指令進行判斷然后再實現相關的功能。

2.3 音樂電路設計

本設備采用的音樂模塊的核心芯片是MY2490-24SS，這個主控芯片支持多種格式的音樂播放，如：MP3、MAV等。該模塊支持32G內存擴展，方便用戶自行下載音樂；該模塊支持24位DAC輸出，動態范圍支持95dB，使得播放出來的音樂質量更高。這個芯片與外界通信的方式是通過串口來進行的，STM32單片機通過串口發送字符串給MY2490-24SS芯片之后，芯片判斷字指令是否正確，如果沒錯則執行該字符串對應實現的代碼。在這個模塊上外接一個喇叭設備，然后就可以播放音樂了。以及通過控制藍牙模塊來實現音樂的播放和暫停，以及控制音量的大小和切換音樂。

2.4 GPS通信電路設計

本設計中GPS定位技術是通過NEO-6M UBLOX模塊來實現的。GPS技術已經被廣泛的應用軍事以及很多的民用行業中。此模塊具有高性能、低功耗的優點。是一個完整的衛星定位接收設備，具備全方位功能，能滿足專業定位的嚴格要求與個人消費需要。這個設備定位的需要比較長的一段時間才有信號，但是這個缺點對于設備的影響不是太大。動物一般都會在室外活動，所以定位起來也相對容易。同樣的，這個模塊與外界通信也是通過串口來實現的。由于GPS的陶瓷天線接收的信號不夠強，不能夠進行定位，GPS模塊還有相應的天線來增強GPS模塊的定位信號。

在這個設備中，STM32單片機接收到請求GPS定位信息之后就會通過串口與GPS模塊通信，GPS模塊定位獲取定位消息之后再將定位消息通過串口發送給STM32，STM32接收到將數據后將數據通過串口轉發給GPRS模塊，最終GPRS模塊將數據發送到用戶的手機上?；蛘逽TM32將數據轉發給藍牙模塊，通過藍牙模塊將數據發送到用戶的客戶端上，即可獲取設備的準確位置信息。

3 系統軟件設計

如圖3所示，設備上電之后首先由STM32微控制器對其串口進行初始化、由于有多個串口，對相應的串口的優先級進行配置，將高優先級的模塊接到高優先級的串口上，然后配置先關的串口事件處理函數。此時設備的STM32便可以通過藍牙接口和GPRS接口接收相關的指令，判定指令為有效指令之后將相關的內部指令通過串口發送給相應的模塊，模塊便可實現相關的功能。系統會在這里進行一個循環，一直判斷是否接受到了指令，然后對指令進行相關的處理。

4 系統測試與結果分析

將設備放置在室外，在不同的場景下對設備進行測試。在測試的時候在GPS定位的時候需要等待一段時間。之后就可以靈活使用了，但是在實際的使用過程中這段時間對于戶的影響不大，這段時間的影響是可以忽略的。之后就是通過手機端中的藍牙調試助手，連接到藍牙，連接上設備之后設備會提示輸入密碼。在密碼正確的條件下，才可以進行操作。在密碼正確的條件下輸入MON，設備會開始播放音樂；輸入MOFF，設備會停止播放音樂（對于音樂模塊還有很多功能可以開發）。需要獲取GPS定位信息時只需要發送GPS。這樣設備就會進行定位，然后將定位消息通過藍牙發送到用戶的手機上。用戶需要將短信中的經緯度輸入到手機中的定位器中，然后獲取設備所在的位置。也可以通過手機短信發送指令GPS.給設備。然后將手機就會收到關于經緯度的短信。MGINFO.是在藍牙連接時發送短信給用戶手機的，如圖4所示。

5 結束語

在本設計中通過STM32 單片機實現了寵物穿戴設備的GPS以及GPRS的遠程定位功能，使用者可以實時的掌握寵物的位置信息。同時本設計也提供了藍牙接口，以便用戶近程控制設備播放音樂，以及獲取GPS數據。本設計可以解決用戶關于寵物丟失的煩惱，同時為用戶提供了一部分娛樂的功能，滿足人們對于娛樂的需求。

參考文獻

[1]吳紅蘭，黃圣國.嵌入式GPS數據采集與分析系統設計[J].實驗室研究與探索，2011，30（01）：54-57.

[2]張洋溢，王忠.基于ARM的GPS/GPRS多功能手持終端的設計與實現[J].計算機測量與控制，2011，19（12）：3050-3053

[3]邱斌斌.基于ARM的藍牙通信系統的設計[J].中山大學研究生學刊（自然科學.醫學 版），2014，v.35；No.130（02）：94-101.

[4]喻宗泉.藍牙技術的發展與研究[J].通信學，2006，8（02）：48-50.

[5]陳峰峰，胡毅，許艷，STM32F10x在應用中編程的實現方法[J].單片機與嵌入式系用，2009（09）：25-27，31.

作者單位

荊楚理工學院 湖北省荊門市 448000endprint