1999年，我國(guó)65歲及以上老年人口占總?cè)丝诒壤状纬^(guò)7%，標(biāo)志著我國(guó)進(jìn)入人口老齡化社會(huì)。隨著20世紀(jì)中期出生的高峰期人口陸續(xù)進(jìn)入老年，可以預(yù)見(jiàn)：21世紀(jì)前期將是中國(guó)人口老齡化發(fā)展最快的時(shí)期。

人口老齡化給社會(huì)和經(jīng)濟(jì)帶來(lái)巨大壓力，老年人群體是所有人群中患慢性病最多的群體。

據(jù)北京公眾健康飲用水研究所李復(fù)興教授指出：健康的飲水習(xí)慣能有效提高免疫力、康復(fù)力和代謝能力，也可以提高認(rèn)知能力和思維反應(yīng)能力，甚至有利于延緩老年癡呆癥；而飲水量不足，則會(huì)增加肥胖病、糖尿病、高血壓等慢性病的患病幾率。

一款按時(shí)提醒人們飲水、記錄不同時(shí)段飲水量、幫助人們養(yǎng)成良好飲水習(xí)慣的智能產(chǎn)品開(kāi)始大受市場(chǎng)青睞。涂鴉智能賦能的智能杯墊實(shí)用又簡(jiǎn)單，還可以DIY，接下來(lái)我們就一起來(lái)看看！

01

系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

涂鴉智能云模組可以實(shí)現(xiàn)通信模塊數(shù)據(jù)上傳、手機(jī)App檢測(cè)和查看功能。基于涂鴉模組開(kāi)發(fā)的智能杯墊，通過(guò)記錄飲水信息、推送建議飲水量、定時(shí)飲水提醒等功能，可以科學(xué)指導(dǎo)老年人飲水、改變飲水習(xí)慣，使用方便、操作簡(jiǎn)單。

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)的重點(diǎn)主要在于通過(guò)壓力傳感器的檢測(cè)，來(lái)獲取水杯的重量數(shù)據(jù); 涂鴉藍(lán)牙通訊模塊實(shí)時(shí)從主控器上接收分析后的數(shù)據(jù)，并將分析結(jié)果傳輸至涂鴉智慧生活A(yù)pp，最終移動(dòng)設(shè)備端通過(guò)服務(wù)器查看數(shù)據(jù)。其流程整體框架如圖二所示：

（圖二：流程框架圖）

02

壓力傳感器

壓力傳感器在該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)中最為核心，是系統(tǒng)正常運(yùn)行監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵所在。在實(shí)踐中，壓力傳感器是最常用的一種傳感器，普遍存在各類生活環(huán)境中，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)。

壓力傳感器的工作原理如圖三所示：

（圖三）

彈性元件在特定方向上受到外力發(fā)生的機(jī)械變形時(shí)，在其內(nèi)部會(huì)引發(fā)極化現(xiàn)象；同時(shí)在它的兩個(gè)對(duì)立面上衍生出正負(fù)相反的電荷。

當(dāng)外部力卸去時(shí)，會(huì)恢復(fù)到不帶電狀態(tài)，再通過(guò)對(duì)電學(xué)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，并利用相關(guān)轉(zhuǎn)換處理計(jì)算出所受壓力的大小。

03

信號(hào)處理

傳感器檢測(cè)到的電壓僅僅為幾毫伏，所以為了能夠正確地獲取電壓信號(hào)反饋給控制器，必須對(duì)傳感器的信號(hào)進(jìn)行濾波放大處理。通過(guò)查閱大量的資料，我們選擇HX711轉(zhuǎn)換芯片。

HX711模塊八通道帶有128倍信號(hào)增益，可以將傳感器檢測(cè)到的小電壓放大128倍，然后采樣輸出24bitAD轉(zhuǎn)換值，stm32f103主控器通過(guò)GPIO模擬將24bit數(shù)據(jù)讀取出來(lái)。

在眾多八D轉(zhuǎn)換芯片中，Hx711芯片集成有片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器、穩(wěn)壓電源等其他同等種類IC所必要的外圍電路。Hx711具有集成度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠高效地利用資源，提高系統(tǒng)性能和可靠性。

04

涂鴉藍(lán)牙模塊

藍(lán)牙(Bluetooth)技術(shù)是一種短距離無(wú)線通信技術(shù)，它能簡(jiǎn)化移動(dòng)設(shè)備與因特網(wǎng)、以及移動(dòng)通信終端設(shè)備之間的通信，從而使因特網(wǎng)與現(xiàn)代通信設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，變得更加快速與高效。

BT3L是由涂鴉智能開(kāi)發(fā)的一款低功耗嵌入式藍(lán)牙模組。它主要由一個(gè)高集成度的藍(lán)牙芯片 TLSR8250F512ET32 和少量的外圍電路構(gòu)成，內(nèi)置了藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議棧和豐富的庫(kù)函數(shù)。

BT3L還包含低功耗的 32 位 MCU，藍(lán)牙 5.0/2.4G Radio，4Mbits flash，48Kbyte SRAM，9個(gè)可復(fù)用的 IO 口。它的特點(diǎn)如下：

內(nèi)置低功耗 32 位 MCU，可以兼作應(yīng)用處理器

主頻支持 48 MHz

工作電壓：1.8V-3.6V，在 1.8V 到 2.7V 之間，模組可以啟動(dòng)，但是無(wú)法保證最優(yōu)射頻性能；在 2.8V-3.6V 之間，模組整體性能正常。

外設(shè)：5xPWM

藍(lán)牙 RF 特性

BLE 4.2/5.0

射頻數(shù)據(jù)速率高達(dá) 2Mbps

TX 發(fā)射功率：+10dBm

RX 接收靈敏度：-94.5dBm@1Mbps

內(nèi)嵌硬件 AES 加密

搭配板載 PCB 天線，天線增益2.5dBi

工作溫度：-40℃ to +85℃

05

軟件設(shè)計(jì)

無(wú)線壓力傳感器的軟件設(shè)計(jì)包括硬件以及上位機(jī)的設(shè)計(jì)，如圖四所示：

（圖四）

06

涂鴉模塊開(kāi)發(fā)

涂鴉 IoT 開(kāi)發(fā)平臺(tái)提供一站式解決方案，通過(guò)幾個(gè)簡(jiǎn)單步驟即可完成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。首先，進(jìn)入涂鴉 IoT 開(kāi)發(fā)平臺(tái)創(chuàng)建產(chǎn)品、選擇藍(lán)牙協(xié)議（如圖五所示，當(dāng)然也可以根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目需要，選擇 Zigbee 或者 NB-IoT ）。

（圖五）

創(chuàng)建完畢，在功能定義中添加功能，也可以自定義想要的功能。

（自定義添加功能）

在設(shè)備模板中定義自己想要的 App 界面，相比于其它的模塊，我個(gè)人認(rèn)為這是一個(gè)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。

（App界面）

同時(shí)涂鴉模組提供了標(biāo)準(zhǔn)化的開(kāi)發(fā)流程，在通訊協(xié)議中可以看到需要上報(bào)的指令以及接收的指令，然后根據(jù)指令進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

（通訊協(xié)議指令收發(fā)表）

07

智慧生活 App

可以在涂鴉智慧生活 App 中實(shí)時(shí)查看數(shù)據(jù)，若用戶一定時(shí)間內(nèi)沒(méi)喝水則會(huì)有告警產(chǎn)生。同時(shí)可以設(shè)置告警音量和聲音類型，也可以開(kāi)通手機(jī)短信或 App 提醒等增值服務(wù)。

（壓力告警界面和正常界面）

（設(shè)置告警音量、時(shí)長(zhǎng)和鈴聲類型）

（手機(jī)短信通知）

（App彈窗警告)

當(dāng)然，此類智能產(chǎn)品絕不僅局限于老年人群體，亦可靈活擴(kuò)展至諸多群體的特殊需求場(chǎng)景中。

例如，近年來(lái)我國(guó)腰椎病患者日益增多，腰椎病患者正以驚人的速度由中老年向青壯年擴(kuò)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)腰椎間盤(pán)突出癥患者已占到全國(guó)人口約15.2%，而其中不乏大量青壯年群體。

如果將老年人群體和青壯年群體的功能需求點(diǎn)再進(jìn)行細(xì)分，打造出符合這兩類群體不同定位的產(chǎn)品解決方案，必定可以讓企業(yè)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型的浪潮中斬獲新的生機(jī)。