概述

1999年我國65歲及以上老年人口占總人口比例首次超過7%, 標志著我國進入人口老齡化社會。隨著20世紀中期出生高峰的人口陸續(xù)進入老年，可以預見，21世紀前期將是中國人口老齡化發(fā)展最快的時期。

人口老齡化給社會和經(jīng)濟帶來巨大壓力，老年人群體是所有人群中患慢性病最多的群體。健康的飲水習慣則可以對多種慢性病起到良好的預防和改善作用，反之，不健康的飲水習慣甚至有可能引發(fā)各種慢性疾病。一款按時提醒人們飲水、記錄不同時段人的飲水量、幫助人們養(yǎng)成良好的飲水習慣的智能產(chǎn)品大受市場青睞（圖一為老年人智能杯墊模型圖）。

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涂鴉智能

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系統(tǒng)框架設計

涂鴉智能云模組可以實現(xiàn)通信模塊數(shù)據(jù)上傳，手機App檢測和查看。基于涂鴉模組的智能杯墊通過記錄飲水信息、推送建議飲水量、定時時飲水提醒等功能，可以科學指導老年人飲水水、變飲水習慣，使用方便、操作簡單。 該項目設計的重點主要在于壓力傳感器的檢測，用以獲取水杯的重量數(shù)據(jù); 涂鴉藍牙通訊模塊實時從主控器上接收到分析數(shù)據(jù)，并將分析結果傳輸至涂鴉智慧生活App，移動設備端通過服務器最終達到查看數(shù)據(jù)的目的。其流程整體框架如圖二所示：

壓力傳感器

壓力傳感器在該系統(tǒng)的硬件設計中最為核心，是系統(tǒng)正常運行監(jiān)測的關鍵所在。在實踐中，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、機床、管道等眾多行業(yè)。壓力傳感器的工作原理如圖三所示，彈性元件在特定方向上受到外力發(fā)生的機械變形，在其內部會引發(fā)極化現(xiàn)象，同時在它的兩個對立面上衍生出正負相反的電荷，當外部力卸去時，恢復到不帶電狀態(tài)，通過對電學信號進行檢測并利用相關轉換處理計算出所受壓力的大小壓力。

信號處理

傳感器檢測到的電壓僅僅為幾毫伏，所以為了能夠正確地獲取到電壓信號反饋給控制器，必須對傳感器的信號進行濾波放大處理。通過查閱大量的資料，選擇HX711轉換芯片。HX711模塊八通道帶有128倍信號增益，可以將傳感器檢測到小電壓放大128倍，然后采樣輸出24bitAD轉換值，stm32f103主控器通過GPIO模擬將24bit數(shù)據(jù)讀取出來。在眾多八D轉換芯片中，Hx711芯片集成有片內時鐘振蕩器、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、響應速度快、抗干擾性強等優(yōu)點，能夠高效地利用資源，提高系統(tǒng)的性能和可靠性。

涂鴉藍牙模塊

藍牙(Bluetooth)技術是一種短距離無線通信技術，它能簡化移動設備與因特網(wǎng)之間以及移動設備與移動通信終端設備之間的通信，從而使因特網(wǎng)與現(xiàn)代通信設備之間的數(shù)據(jù)傳輸變得更加快速與高效。 BT3L 是由涂鴉智能開發(fā)的一款低功耗嵌入式的藍牙模組。它主要由一個高集成度的藍牙芯片 TLSR8250F512ET32 和少量的外圍電路構成，內置了藍牙網(wǎng)絡通信協(xié)議棧和豐富的庫函數(shù)。BT3L還包含低功耗的 32 位 MCU，藍牙 5.0/2.4G Radio，4Mbits flash，48Kbyte SRAM，9個可復用的 IO 口。它的特點如下： ? 內置低功耗 32 位 MCU，可以兼作應用處理器。 ? 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，但是無法保證最優(yōu)射頻性能；在 2.8V-3.6V 之間，模組整體性能正常。 ? 外設：5xPWM ? 藍牙 RF 特性

• BLE 4.2/5.0

• 射頻數(shù)據(jù)速率高達 2Mbps

• TX 發(fā)射功率：+10dBm

• RX 接收靈敏度：-94.5dBm@1Mbps

• 內嵌硬件 AES 加密

• 搭配板載 PCB 天線，天線增益2.5dBi

• 工作溫度：-40℃ to +85℃# 軟件設計

  無線壓力傳感器的軟件設計包括硬件以及上位機的設計，如圖四所示：

涂鴉模塊開發(fā)

涂鴉IoT平臺提供一站式開發(fā)解決方案，通過幾個簡單步驟即可完成產(chǎn)品開發(fā)。首先，進入涂鴉IoT平臺創(chuàng)建產(chǎn)品、選擇藍牙協(xié)議（當然也可以根據(jù)實際項目需要選擇Zigbee或者NB-IoT）。

創(chuàng)建完畢，在功能定義中進行添加功能，也可以自定義自己的功能。 在設備模板中定義自己想要的App界面，相比于其它的模塊，我個人認為這是一個無法比擬的優(yōu)勢。

同時涂鴉模組提供了標準化的開發(fā)流程，在通訊協(xié)議中可以看到需要上報的指令以及接收的指令，根據(jù)指令進行開發(fā)。

智慧生活App

可以在涂鴉的智慧生活App中實時查看數(shù)據(jù)，若用戶一定時間內沒喝水則會有告警產(chǎn)生（以下圖示分別為告警界面和正常界面）。同時可以設置告警音量和聲音類型，也可以開通手機短信或App提醒等增值服務。

當然，此類智能產(chǎn)品絕不僅局限于老年人群體，亦可靈活擴展至諸多群體的特殊需求場景中。例如，近年來我國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展，據(jù)不完全統(tǒng)計，我國腰椎間盤突出癥患者已占到全國人口約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再進行細分，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)字化轉型的浪潮中斬獲新的生機。

審核編輯：湯梓紅