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新型防丢防盗警报器设计

孙海峰 司天然 王昊 高原 郑柯涵

摘 要 为了简化防丢器的应用逻辑，从泛滥的蓝牙设备中将手机解放出来，采取了Arduino+HC-05蓝牙模块方案设计了防丢器对防丢器双向警报的防丢器。该防丢器采用Arduino平台，结构简单，易于改造移植。同时利用HC-05蓝牙模块的无限透传功能以及主从机一体的特性，利用AT指令实现主机对从机的双向独立连接。不会受其他蓝牙设备干扰或中断。
关键词 蓝牙 Arduino 防丢器 双向警报 HC-05
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0引言
随着科技的迅猛发展和人民生活水平的不断提高，人们使用的智能手机的性能越来越强，智能手机上搭载的包括安卓系统和iOS系统在内的操作系统优化也越来越好，随之而来的一系列采用新技术的包括但不限于蓝牙，NFC，高刷新率的屏幕，双扬声器等硬件也逐渐升级和普及。而在智能生活的概念中，对于智能应用和智能设备来说，应用的最广泛的功能或者说技术之一便是蓝牙，蓝牙技术可以将日常生活中各种设备快速连接起来，传输各种数据和信号，蓝牙设备也可以完成各种信息传输，同时也能快速的与其它设备完成连接，方便人们配合使用各种便携智能设备和智能手机，蓝牙使得智能设备成为智能手机的重要衍生产品。
然而随着技术的不断进步和成本的逐渐降低，我们逐渐进入了蓝牙设备泛滥的时代：智能手环要连蓝牙，蓝牙耳机也要连蓝牙，智能电子秤也要连蓝牙，蓝牙防丢器也要连到手机上……设备的增多，给人们的生活带来了许多问题。其一，不同品牌的设备存在软件冲突现象，使得本来方便生活的各种设备反而给日常使用增添了许多麻烦，需要安装各种APP，软件的增加，给手机带来了巨大的负担，让操作也变得更加繁琐，这一点让许多人不胜其烦;其二，手机蓝牙往往需要常驻打开以便于各种设备的快速配对与连接，但这也会带来一些安全问题，身边便有人曾遇到过手机连接上陌生蓝牙设备的情况，这样对于我们个人信息安全是非常不利的，也存在着安全隐患;其三，蓝牙的使用太过于局限性，无法覆盖我们所有人群，对于不懂怎么使用的老年人和还没有到达适合使用智能手机年龄段的孩童来说，蓝牙设备配合手机的操作方式过于繁复，难以学习和使用，出于简易且已于普遍使用的目的，必须要考虑到各个年龄阶段的使用情况。但显然幼龄儿童或是高龄人群在使用时会略显困难。对于年轻人来说，蓝牙的逻辑还是十分简单清晰的，但对于相当一部分老年人来说，他们很难理解“蓝牙”究竟是什么东西、它们又是如何工作的，也不懂设备不管用时应该如何解决。所以笔者希望，将一部分本可以不依赖于手机的智能设备的使用逻辑简化，降低操作难度。
同时对于生活中一些丢三落四的人群来说，能够及时寻找到所需的物品是一件略显困难的事情，筆者自己也是作为这样人群的一员，总是希望有一款可以使所需物品自己发出信号来告知位置的装置出现，于是就有了本项目的第一个功能—“防丢”。我们在着急使用或者害怕丢失时，都能很快找到。与此同时，面临社会上的另一种现象：随身所携带的贵重物品如手机、钱包等容易在公共场所下遗失或者被盗。所以我们又设想了另一个装置，可以使贵重物品在超出本人一定范围后自动报警来告知本人的位置变化消息。于是我们将这两种装置合二为一，做成一个装置的两个功能，于是便有了本项目的出现。这两个功能的出现完全可以遏止我们日常贵重物品被盗现象，也能节省更多找东西的时间。本项目的创新点主要在于简化用户的学习成本，拓展用户的使用方式和方便各类人群的寻找需求。并且这个装置完全脱离手机，也是间接性的解放了人们对于手机的依赖，也防止了手机出现故障，因而导致装置失去效果。对于经常带孩子的家长，这个装置完全可以做到让自己的孩子一直出现在自己眼前，也可以防止小孩走失或者遇到危险。所以这个装置的安全性能更高，它不仅仅带来了安全的可靠性，也完成了操作的简易，也让我们的生活变得更加丰富且简单。
1系统概述
本文设计的双向警报蓝牙防丢器，设计和验证时使用Arduino uno平台，可以轻易移植到更轻便的设备，如同系列的Arduino nano，或者是定制芯片，更加易于携带，这里不多赘述。利用HC-05蓝牙模块的无限透传和主从机一体的特点，主机模块通过AT指令定向连接从机，实施两个终端的定向近距离连接，因此不会受到智能手机等蓝牙设备的干扰。在超过蓝牙模块的工作范围时，两个终端会通过蜂鸣器警报，以此来达到丢失另一个终端相连的东西时的双向警报。两个终端的蓝牙模块虽然有主从机的概念，但终端之间基本是平权的。也可以通过按钮主动警报。用户可以随身携带终端A，将终端B与贵重物品物理绑定，以此达到当贵重物品与用户分离较远时，终端a和终端b发出警报的目的。
2硬件设计
如图1。
主体部分：Arduino uno单片机
无线部分：HC-05蓝牙无线透传主从一体模块，工作电压：3.3V工作电流：30mA，工作范围：约十米，即警报模块：警报按钮以及警报用的蜂鸣器。
3软件设计
软件开发环境：Arduino IDE。
开发语言：C语言。
软件开发主要实现两个功能：一是断开连接时被动警报，二是摁下警报按钮时的主动警报。由于本项目中HC-05蓝牙模块用于无线透传，即数据透明传输，透明传输就是在数据传输过程中，发送方和接收方数据的长度和内容完全一致，不需对数据做任何处理，相当于一条数据线或者串口线，为了简化开发难度（不涉及蓝牙开发），HC-05蓝牙模块没有自己验证连接状态并告诉单片机的功能。本实验，两个终端将不停发送字符‘1，通过判断是否能接收到字符‘1来决定是否警报，当断开连接时，由于没有接收到另一个终端发送的字符‘1，基于硬件环境，将在数秒内发出警报并在重新连接的过程中花费十几秒平息警报。
主动警报功能：当检测到警报按钮按住时，发送字符‘2。当接收到字符‘2时，立即警报。由于程序设计时，每次循环总是要发送字符‘1，所以摁住警报按钮时，终端实际上是交替发送字符‘1和‘2，另一个终端也是交替接收字符‘1和‘2，于是，被动警报时，警报声是连续的，而主动警报时，警报声是离散的（间断的）。同时，被动警报指示灯灭，主动警报指示灯亮。我们没有特异设计专门的警报代码，但巧妙设计了差异化的信号，以便于实现预想的功能。
4系统验证
验证环境：包括家用PC，面包板，Arduino uno开发板，电器元件若干，HC-05蓝牙模块。
将开发板等电器元件按照电路图连接，与PC相连。使用Arduino IDE将编写好的程序烧录到开发版中。通过AT指令，设置两块HC-05分别为主机从机，并以硬件地址定向连接。
通过断电、单独拔出蓝牙模块、分离两终端十米以上、摁住警报开关等操作对工作状况的影响进行验证。系统在此环境下一切正常，警报效果也符合预期设想，这样就实现了两个功能双报警。手机蓝牙同时也无法搜索到警报器的蓝牙信号，所以我们在使用的过程中无需担心被手机蓝牙信号所干扰。
5结论
本文设计了一对双向蓝牙警报器，实现了警报器终端之间的双向警报。当按下“寻找”按钮时，即可在两个终端距离一定位置时响起警报;按下“警惕”按钮，则两终端在超出一定范围后响起警报，完成防丢防盗任务。对于使用者而言，不需要了解蓝牙的原理和使用方式，也不需要下载相对应的手机APP。只需将终端使用物理方法绑定到需要保持不分离的物体上即可实现防丢、防盗以及主动警报并且来辅助寻找物品方位的功能。在这个产品设计过度依赖于智能手机的时代，为难以融入现代生活方式的老年人和还没有学会使用手机的孩童带来了便利。同时也是对时刻担心孩子的家长提供方便。而且这个产品完全脱离手机，家长也不必时刻关注手机动态，这个装置对于解放家长的大部分时间有重要作用。同时装置的使用者也将不再时刻关注被使用者的实时状况，只需留意警报即可。对于容易忘记的朋友，这个装置也将能节省更多找东西的时间并且也解决了找东西而带来的烦恼。这样也方便一些生活中容易丢三落四或工作需要的人群，使其能快速的寻找到所需的物品或防患于未然，不再担心自己的物品丢失，也让平时图谋不轨的人望而生畏。与此同时，这个装置的诞生也给其他人提供了想象的空间以及创新的想法。在目前市面中出现的警报器都存在着各种各样的弊端，大多数都依赖于手机连接，对于与这个装置类似的产品，也存在操作繁琐与性能稳定的问题。正是这样，也给了我们继续创新下去的希望与勇气。

-全文完-