基于Arduino 的雙向防丟裝置

◆杭州第四中學高二（11）班 張樂齊

在家中，媽媽常常找不到自己的手機，每次我都要借助爸爸手機上自帶的查找功能定位媽媽的手機，讓它發出聲音。每次找不到電視機遙控器時，媽媽也總說“要是遙控器像手機一樣能被定位就好了”。媽媽的想法啟發了我，我決定設計一種雙向防丟裝置。

一、功能設計

（一）尋物功能

1.通過手機App 查找物品：單擊App 上的功能按鍵，雙向防丟裝置會鳴叫或閃爍燈光，便于主人確定其位置。

2.通過操作雙向防丟裝置找手機：長按雙向防丟裝置按鍵，手機會報警，從而確定其位置。

（二）防丟功能

當雙向防丟裝置與手機藍牙連接后，它們之間的距離超過設定值時，手機與雙向防丟裝置都會鳴叫。兩者的距離在設定值以內時，停止鳴叫。

（三）語音播報

App 檢測手機的語言，然后播報對應語言的語音，包括雙向防丟裝置的剩余電量值、報警提示等。

（四）剩余電量查詢

通過App 的當前電量按鍵，即可獲取當前雙向防丟裝置電池的剩余電量。

二、關鍵技術及實現

我采用分段實現相關功能模塊的方式，便于在出現問題時完成故障的定位和處理。

（一）步驟一：手機與藍牙的無線連接

為了實現手機和Nano 主控板的通信，必須實現手機和藍牙的無線連接，才能通過藍牙傳輸控制指令。我從最簡單的讀寫數據傳輸開始嘗試。

（二）步驟二：編程控制外部設備（LED 燈、開關）

為了綜合測試對外部設備的支持，設想通過連接Arduino 板塊的外部設備實現互相的控制，比如通過連接Arduino 板塊的開關來控制其他外部設備，具體包括控制LED 燈的開和關、蜂鳴器發聲等。

（三）步驟三：Arduino 端反向控制手機

在Arduino 硬件平臺，不斷讀取數字開關對應的電平，如果為高，說明開關被按下，通過藍牙向串口寫入特定控制字符。在手機端讀取藍牙串口數據，判斷該數據為約定的控制字符后，控制手機端通過音效組件播放告警音，并彈出提示框。在提示框未被取消前，持續播放告警音。

（四）步驟四：模塊整合和整體拼裝

1.Arduino 端相關工作

Arduino 硬件平臺不斷讀取藍牙接口，分別根據收到的不同指令代碼控制Arduino 外設實現燈光閃爍、關燈、發聲、關閉聲音等功能，同時監測數字按鈕，在按鈕被按下后向手機發送指令，實現遠程查找手機的功能。

2.手機端相關工作

（1）建立無線藍牙連接

讀取藍牙設備列表，選擇具體的藍牙信號后建立無線連接，啟動定時器。

（2）構建定時器讀取藍牙數據和RSSI 數值

在定時器的時間間隔中，不斷發送讀取藍牙串口的請求，如果讀取到相關數據，則認為收到Arduino 主控板的查詢請求，在App 端利用音效組件播放告警音，同時彈出提示框，提示手機正在被查找。

在定時器的時間間隔內，不斷發出請求，讀取所連藍牙設備的RSSI值，計算出手機和藍牙模塊之間的距離。如果超出8 米（具體的距離可根據需要設置），手機則播放告警音，同時蜂鳴器發出提示音。

（3）手機端遠程控制藍牙模組的外設

手機端的四個操作按鍵對應亮燈查找、關燈、發聲查找、關閉聲音等四種操作。為了精簡代碼，在App Inventor 里定義“點擊動作”這個過程。

經過模塊整合和整體拼裝，最終通過手機App 和“定位神器”的配合，基本可以實現預先設定的幾大功能。

作者有話說：

在制作過程中，我不斷優化功能，從最開始的UNO 板卡結合藍牙3.0，到最終的BLUNO 板卡結合BLE 藍 牙4.0，經 歷了多次完善。我認為科技創新活動就是一個不斷發現問題、不斷改進、不斷提升的過程。

后期在UI 設計和美工上，還有很大的進步空間。

圖1 測試裝置效果

三、創新點

目前設計的外部設備可提供脫離報警、遠程定位與找回等功能，未來還將搭配溫度傳感器、煙霧傳感器等多種傳感設備，在信號異常的情況下，通過藍牙向手機端發出告警信息，除了防丟還可以起到火警等緊急事故的報警作用。

通過對RSSI 測距公式中的參數進行分析，分場景（室內、室外等）對無線藍牙距離算法的“環境衰減因子”參數實現動態校正，經實驗比較，優于單一的均值統計模型。

圖2 張樂齊在做測試

作者有話說：

這次科技創新活動使我進一步熟悉了物聯網和手機開發相關的知識和技能，促使我不斷學習和思考，在實踐中充分汲取各類知識并把它們轉化成科技成果。

專家點評

張樂齊的基于Arduino 的手機雙向防丟失裝置，是一件創新實踐作品。這是因為關于手機防丟失和對火災、水災、地震等的報警功能，現在的許多智能手機都能實現，且十分方便。而難能可貴的是，張樂齊作為一名高中生，經過對項目的了解、分析，通過防丟尋物、語音播報、剩余電量查詢功能的設計，就有關手機與藍牙的無線連接、編程控制外設（LED 燈開關）、Arduino 端反向控制手機、模塊整合和整體拼裝等關鍵技術的實現，充分體現了他已具備良好的相關技術學習與應用能力。

要指出的是，我們的輔導教師應清楚，創新意識、創新思維和實踐能力與創新拔尖人才培養關聯度非常高。其中，創新意識是內驅力，創新思維是一種路徑或是一種思維方式，或是不斷前行的外在保障。實踐能力應當說是一種媒介，學生借著實踐實現創新，所以三者缺一不可。沒有創新意識的活動，就只是一種機械重復的活動。