“互聯(lián)網(wǎng)+”智能寵物多功能外飾實現(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，中國國內(nèi)寵物產(chǎn)業(yè)消費總額有望超過2000 億元人民幣，今后十年的復(fù)合增長率預(yù)計可以達到30%左右。國內(nèi)寵物智能產(chǎn)品從創(chuàng)新設(shè)計、研發(fā)再到銷售，都逐漸進入社會市場中，越來越多的人們開始接受、改變養(yǎng)寵生活。從長遠看，寵物智能穿戴設(shè)備的需求量將會越來越大。

針對寵物的走失問題，本設(shè)計利用AT89C52 單片機設(shè)計一款智能寵物外飾設(shè)備：當(dāng)寵物距離較近時，通過藍牙的連接狀態(tài)及時判斷寵物丟失情況；當(dāng)寵物距離較遠時，通過GPS 實現(xiàn)寵物定位查找；同時具備感知周圍環(huán)境的能力，并作出相應(yīng)的處理，主人通過手機端實時查看寵物的位置和所處的環(huán)境。本設(shè)計還包括實時監(jiān)測寵物健康，讓主人實時了解寵物的健康狀態(tài)，確保寵物在出現(xiàn)健康問題時可以及時做到最好的處理。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計

1.1 藍牙報警

將藍牙模塊的KEY 引腳置高電平使其進入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，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。通過控制模塊引腳（PIO11）輸入高低電平，可以實現(xiàn)模塊工作狀態(tài)的動態(tài)轉(zhuǎn)換，具體操作如表1 所示。

表1 AT 指令說明表

1.2 溫度檢測報警

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

在具體運行中主要是以調(diào)用Ds18b20ReadTemp()函數(shù)來獲取檢測到的溫度值，但要注意的是此時獲取的僅僅是溫度對應(yīng)的2 個字節(jié)，還需乘以精度0.0625 才是實際的溫度。

讀取到實際溫度值后，通過與設(shè)定溫度的界限值來對比，一旦超出或低于溫度界限值，設(shè)備將會作出相應(yīng)的反應(yīng)：當(dāng)寵物所處環(huán)境溫度過高時，可以對寵物進行降溫；當(dāng)寵物所處環(huán)境溫度低于所設(shè)定的界限值時，蜂鳴器會發(fā)出警報，同時做出相應(yīng)的升溫措施。

1.3 GPS+GSM定位

首先通過AT 指令模式將GSM 設(shè)備的頻率以及所需要發(fā)送的手機號碼設(shè)定，再以HEX 形式將所需要發(fā)送的內(nèi)容轉(zhuǎn)換形式。最終點擊發(fā)送，就可以在手機收到測試所發(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）

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

1.4 LCD 顯示設(shè)計

要使用LCD1602A，首先需要對它進行初始化操作，即通過寫入一些特定的指令實現(xiàn)。然后選擇要在LCD1602 的哪個位置顯示，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。

2 智能寵物外飾設(shè)備功能介紹

2.1 短距離藍牙報警模塊

當(dāng)寵物走失且距離養(yǎng)寵主人較近時，主要通過養(yǎng)寵主人手機端藍牙的連接狀態(tài)來判斷：一旦寵物離開藍牙可連接的范圍（由于設(shè)備原因只支持安卓系統(tǒng)手機，并且通過測試有效連接范圍在10 米左右），設(shè)備端蜂鳴器將會產(chǎn)生報警。當(dāng)手機與設(shè)備重新回到可連接范圍內(nèi)，藍牙模塊會自動與手機進行配對，配對成功后警報消失。

2.2 環(huán)境檢測模塊

環(huán)境是直接影響寵物身體的一個重要因素，比如溫差變化大、空氣濕度大等都會對寵物的健康造成一定的影響。因此，本設(shè)計增加了一個環(huán)境監(jiān)測模塊，實時檢測寵物所處環(huán)境，一旦所處環(huán)境不適宜時蜂鳴器會產(chǎn)生報警，并且做出一些簡單的應(yīng)對措施。

（1）當(dāng)寵物所處環(huán)境溫度過高時，可以對寵物進行降溫，本設(shè)計中用了直流電機風(fēng)扇模擬降溫操作，當(dāng)溫度回到正常值時警報和降溫措施關(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，蜂鳴器會發(fā)出警報，同時做出相應(yīng)的升溫措施，在本設(shè)計中用紅色LED燈模擬升溫設(shè)備。同樣，當(dāng)溫度回到正常值時報警和升溫設(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（半徑范圍超過10 米）時，藍牙設(shè)備將處于斷開連接的狀態(tài)。這時GPS 的電源自動打開，定位模塊開始工作。定位模塊會將寵物的大致坐標(biāo)通過GSM芯片以短信的方式發(fā)送給主人的手機。通過比對接收的坐標(biāo)在相關(guān)的地圖上的顯示來確定寵物的位置。

3 測試

由于所設(shè)計的智能寵物外飾設(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，并定義P1.5 口為蜂鳴器，給1.5 口高電平以及延時函數(shù)：如果蜂鳴器響起，則單片機測試完成。如蜂鳴器沒有響起，檢測接線，如無問題更換單片機核心。

3.1 藍牙防丟失模塊測試

表2 藍牙測試表

所采用的藍牙模塊型號為HC-05，模塊需要通過AT 指令來實現(xiàn)一些基本設(shè)置，方便之后與手機配對。手機配對成功后將手機移動至10 米以外，查看藍牙連接狀態(tài)，觀察藍牙斷開連接后是否能聽到蜂鳴器的響起。再將手機慢慢靠近設(shè)備，當(dāng)設(shè)備藍牙與手機藍牙自動匹配連接上時，蜂鳴器停止響聲。

3.2 LCD 顯示屏、蜂鳴器及DS18B20 模塊測試

設(shè)備通電，LCD 屏馬上亮起，此時顯示屏分成上下兩行。上行顯示為實時溫度，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，通過定義的按鈕對其值進行改寫。觀察改寫后是否能夠正常顯示。

表3 溫度測試表

設(shè)定最高溫及最低溫界限值為28℃和20℃，通過手動進行升降溫測試，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)送至主人手機端。而GSM同樣需要提前對其進行AT 指令的設(shè)置，通過AT 指令形式，將接收的手機號改成測試手機號，使用AT 指令讓設(shè)備往提前改好的測試手機發(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，觀察測試手機是否能夠接收到短信；隨后打開GPS 電源開關(guān)，測試手機將會接收到設(shè)備的經(jīng)緯度短信信息。如無正常接收短信則優(yōu)先檢驗設(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)計主要是針對當(dāng)前國內(nèi)外寵物智能穿戴設(shè)備發(fā)展的巨大市場潛力，以及當(dāng)前國內(nèi)的社會發(fā)展潮流趨勢為背景所設(shè)計的一款基于寵物防丟失、健康檢查的智能穿戴設(shè)備。在功能上相對于同一類型的設(shè)備更加完善，在防走失方面不僅做到遠距離的精確定位，同時也可以起到短距離內(nèi)的及時警醒作用。在寵物健康方面也能夠做到實時的檢查，確保寵物的身體健康狀況能夠及時被主人所了解。同時管理系統(tǒng)的完善也能給主人更多飼養(yǎng)寵物的樂趣。