新型防丟防盜警報器設計

孫海峰 司天然 王昊 高原 鄭柯涵

摘 要 為了簡化防丟器的應用邏輯，從泛濫的藍牙設備中將手機解放出來，采取了Arduino+HC-05藍牙模塊方案設計了防丟器對防丟器雙向警報的防丟器。該防丟器采用Arduino平臺，結構簡單，易于改造移植。同時利用HC-05藍牙模塊的無限透傳功能以及主從機一體的特性，利用AT指令實現主機對從機的雙向獨立連接。不會受其他藍牙設備干擾或中斷。

關鍵詞 藍牙 Arduino 防丟器 雙向警報 HC-05

中圖分類號：TP391.8文獻標識碼：A

0引言

隨著科技的迅猛發展和人民生活水平的不斷提高，人們使用的智能手機的性能越來越強，智能手機上搭載的包括安卓系統和iOS系統在內的操作系統優化也越來越好，隨之而來的一系列采用新技術的包括但不限于藍牙，NFC，高刷新率的屏幕，雙揚聲器等硬件也逐漸升級和普及。而在智能生活的概念中，對于智能應用和智能設備來說，應用的最廣泛的功能或者說技術之一便是藍牙，藍牙技術可以將日常生活中各種設備快速連接起來，傳輸各種數據和信號，藍牙設備也可以完成各種信息傳輸，同時也能快速的與其它設備完成連接，方便人們配合使用各種便攜智能設備和智能手機，藍牙使得智能設備成為智能手機的重要衍生產品。

然而隨著技術的不斷進步和成本的逐漸降低，我們逐漸進入了藍牙設備泛濫的時代：智能手環要連藍牙，藍牙耳機也要連藍牙，智能電子秤也要連藍牙，藍牙防丟器也要連到手機上……設備的增多，給人們的生活帶來了許多問題。其一，不同品牌的設備存在軟件沖突現象，使得本來方便生活的各種設備反而給日常使用增添了許多麻煩，需要安裝各種APP，軟件的增加，給手機帶來了巨大的負擔，讓操作也變得更加繁瑣，這一點讓許多人不勝其煩;其二，手機藍牙往往需要常駐打開以便于各種設備的快速配對與連接，但這也會帶來一些安全問題，身邊便有人曾遇到過手機連接上陌生藍牙設備的情況，這樣對于我們個人信息安全是非常不利的，也存在著安全隱患;其三，藍牙的使用太過于局限性，無法覆蓋我們所有人群，對于不懂怎么使用的老年人和還沒有到達適合使用智能手機年齡段的孩童來說，藍牙設備配合手機的操作方式過于繁復，難以學習和使用，出于簡易且已于普遍使用的目的，必須要考慮到各個年齡階段的使用情況。但顯然幼齡兒童或是高齡人群在使用時會略顯困難。對于年輕人來說，藍牙的邏輯還是十分簡單清晰的，但對于相當一部分老年人來說，他們很難理解“藍牙”究竟是什么東西、它們又是如何工作的，也不懂設備不管用時應該如何解決。所以筆者希望，將一部分本可以不依賴于手機的智能設備的使用邏輯簡化，降低操作難度。

同時對于生活中一些丟三落四的人群來說，能夠及時尋找到所需的物品是一件略顯困難的事情，筆者自己也是作為這樣人群的一員，總是希望有一款可以使所需物品自己發出信號來告知位置的裝置出現，于是就有了本項目的第一個功能—“防丟”。我們在著急使用或者害怕丟失時，都能很快找到。與此同時，面臨社會上的另一種現象：隨身所攜帶的貴重物品如手機、錢包等容易在公共場所下遺失或者被盜。所以我們又設想了另一個裝置，可以使貴重物品在超出本人一定范圍后自動報警來告知本人的位置變化消息。于是我們將這兩種裝置合二為一，做成一個裝置的兩個功能，于是便有了本項目的出現。這兩個功能的出現完全可以遏止我們日常貴重物品被盜現象，也能節省更多找東西的時間。本項目的創新點主要在于簡化用戶的學習成本，拓展用戶的使用方式和方便各類人群的尋找需求。并且這個裝置完全脫離手機，也是間接性的解放了人們對于手機的依賴，也防止了手機出現故障，因而導致裝置失去效果。對于經常帶孩子的家長，這個裝置完全可以做到讓自己的孩子一直出現在自己眼前，也可以防止小孩走失或者遇到危險。所以這個裝置的安全性能更高，它不僅僅帶來了安全的可靠性，也完成了操作的簡易，也讓我們的生活變得更加豐富且簡單。

1系統概述

本文設計的雙向警報藍牙防丟器，設計和驗證時使用Arduino uno平臺，可以輕易移植到更輕便的設備，如同系列的Arduino nano，或者是定制芯片，更加易于攜帶，這里不多贅述。利用HC-05藍牙模塊的無限透傳和主從機一體的特點，主機模塊通過AT指令定向連接從機，實施兩個終端的定向近距離連接，因此不會受到智能手機等藍牙設備的干擾。在超過藍牙模塊的工作范圍時，兩個終端會通過蜂鳴器警報，以此來達到丟失另一個終端相連的東西時的雙向警報。兩個終端的藍牙模塊雖然有主從機的概念，但終端之間基本是平權的。也可以通過按鈕主動警報。用戶可以隨身攜帶終端A，將終端B與貴重物品物理綁定，以此達到當貴重物品與用戶分離較遠時，終端a和終端b發出警報的目的。

2硬件設計

如圖1。

主體部分：Arduino uno單片機

無線部分：HC-05藍牙無線透傳主從一體模塊，工作電壓：3.3V工作電流：30mA，工作范圍：約十米，即警報模塊：警報按鈕以及警報用的蜂鳴器。

3軟件設計

軟件開發環境：Arduino IDE。

開發語言：C語言。

軟件開發主要實現兩個功能：一是斷開連接時被動警報，二是摁下警報按鈕時的主動警報。由于本項目中HC-05藍牙模塊用于無線透傳，即數據透明傳輸，透明傳輸就是在數據傳輸過程中，發送方和接收方數據的長度和內容完全一致，不需對數據做任何處理，相當于一條數據線或者串口線，為了簡化開發難度（不涉及藍牙開發），HC-05藍牙模塊沒有自己驗證連接狀態并告訴單片機的功能。本實驗，兩個終端將不停發送字符‘1，通過判斷是否能接收到字符‘1來決定是否警報，當斷開連接時，由于沒有接收到另一個終端發送的字符‘1，基于硬件環境，將在數秒內發出警報并在重新連接的過程中花費十幾秒平息警報。

主動警報功能：當檢測到警報按鈕按住時，發送字符‘2。當接收到字符‘2時，立即警報。由于程序設計時，每次循環總是要發送字符‘1，所以摁住警報按鈕時，終端實際上是交替發送字符‘1和‘2，另一個終端也是交替接收字符‘1和‘2，于是，被動警報時，警報聲是連續的，而主動警報時，警報聲是離散的（間斷的）。同時，被動警報指示燈滅，主動警報指示燈亮。我們沒有特異設計專門的警報代碼，但巧妙設計了差異化的信號，以便于實現預想的功能。

4系統驗證

驗證環境：包括家用PC，面包板，Arduino uno開發板，電器元件若干，HC-05藍牙模塊。

將開發板等電器元件按照電路圖連接，與PC相連。使用Arduino IDE將編寫好的程序燒錄到開發版中。通過AT指令，設置兩塊HC-05分別為主機從機，并以硬件地址定向連接。

通過斷電、單獨拔出藍牙模塊、分離兩終端十米以上、摁住警報開關等操作對工作狀況的影響進行驗證。系統在此環境下一切正常，警報效果也符合預期設想，這樣就實現了兩個功能雙報警。手機藍牙同時也無法搜索到警報器的藍牙信號，所以我們在使用的過程中無需擔心被手機藍牙信號所干擾。

5結論

本文設計了一對雙向藍牙警報器，實現了警報器終端之間的雙向警報。當按下“尋找”按鈕時，即可在兩個終端距離一定位置時響起警報;按下“警惕”按鈕，則兩終端在超出一定范圍后響起警報，完成防丟防盜任務。對于使用者而言，不需要了解藍牙的原理和使用方式，也不需要下載相對應的手機APP。只需將終端使用物理方法綁定到需要保持不分離的物體上即可實現防丟、防盜以及主動警報并且來輔助尋找物品方位的功能。在這個產品設計過度依賴于智能手機的時代，為難以融入現代生活方式的老年人和還沒有學會使用手機的孩童帶來了便利。同時也是對時刻擔心孩子的家長提供方便。而且這個產品完全脫離手機，家長也不必時刻關注手機動態，這個裝置對于解放家長的大部分時間有重要作用。同時裝置的使用者也將不再時刻關注被使用者的實時狀況，只需留意警報即可。對于容易忘記的朋友，這個裝置也將能節省更多找東西的時間并且也解決了找東西而帶來的煩惱。這樣也方便一些生活中容易丟三落四或工作需要的人群，使其能快速的尋找到所需的物品或防患于未然，不再擔心自己的物品丟失，也讓平時圖謀不軌的人望而生畏。與此同時，這個裝置的誕生也給其他人提供了想象的空間以及創新的想法。在目前市面中出現的警報器都存在著各種各樣的弊端，大多數都依賴于手機連接，對于與這個裝置類似的產品，也存在操作繁瑣與性能穩定的問題。正是這樣，也給了我們繼續創新下去的希望與勇氣。