智能杯垫项目设计方案，实用又简单还可以DIY

据北京公众健康饮用水研究所李复兴教授指出：健康的饮水习惯能有效提高免疫力、康复力和代谢能力，也可以提高认知能力和思维反应能力，甚至有利于延缓老年痴呆症；而饮水量不足，则会增加肥胖病、糖尿病、高血压等慢性病的患病几率。

一款按时提醒人们饮水、记录不同时段饮水量、帮助人们养成良好饮水习惯的智能产品开始大受市场青睐。涂鸦智能赋能的智能杯垫实用又简单，还可以DIY，接下来我们就一起来看看！（成果如图一所示）

01 系统框架设计

涂鸦智能云模组可以实现通信模块数据上传、手机App检测和查看功能。基于涂鸦模组开发的智能杯垫，通过记录饮水信息、推送建议饮水量、定时饮水提醒等功能，可以科学指导老年人饮水、改变饮水习惯，使用方便、操作简单。

该项目设计的重点主要在于通过压力传感器的检测，来获取水杯的重量数据; 涂鸦蓝牙通讯模块实时从主控器上接收分析后的数据，并将分析结果传输至涂鸦智慧生活App，最终移动设备端通过服务器查看数据。其流程整体框架如图二所示：

（图一：智能杯垫）

（图二：流程框架图）

02 压力传感器

压力传感器在该系统的硬件设计中最为核心，是系统正常运行监测的关键所在。在实践中，压力传感器是最常用的一种传感器，普遍存在各类生活环境中，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。

压力传感器的工作原理如图三所示：

（图三）

弹性元件在特定方向上受到外力发生的机械变形时，在其内部会引发极化现象；同时在它的两个对立面上衍生出正负相反的电荷。

当外部力卸去时，会恢复到不带电状态，再通过对电学信号进行检测，并利用相关转换处理计算出所受压力的大小。

03 信号处理

传感器检测到的电压仅仅为几毫伏，所以为了能够正确地获取电压信号反馈给控制器，必须对传感器的信号进行滤波放大处理。通过查阅大量的资料，我们选择HX711转换芯片。

HX711模块八通道带有128倍信号增益，可以将传感器检测到的小电压放大128倍，然后采样输出24bitAD转换值，stm32f103主控器通过GPIO模拟将24bit数据读取出来。

在众多八D转换芯片中，Hx711芯片集成有片内时钟振荡器、稳压电源等其他同等种类IC所必要的外围电路。Hx711具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点，能够高效地利用资源，提高系统性能和可靠性。

04 涂鸦蓝牙模块

蓝牙(Bluetooth)技术是一种短距离无线通信技术，它能简化移动设备与因特网、以及移动通信终端设备之间的通信，从而使因特网与现代通信设备之间的数据传输，变得更加快速与高效。

BT3L是由涂鸦智能开发的一款低功耗嵌入式蓝牙模组。它主要由一个高集成度的蓝牙芯片 TLSR8250F512ET32 和少量的外围电路构成，内置了蓝牙网络通信协议栈和丰富的库函数。

BT3L还包含低功耗的 32 位 MCU，蓝牙 5.0/2.4G Radio，4Mbits flash，48Kbyte SRAM，9个可复用的 IO 口。它的特点如下：

内置低功耗 32 位 MCU，可以兼作应用处理器

主频支持 48 MHz

工作电压：1.8V-3.6V，在 1.8V 到 2.7V 之间，模组可以启动，但是无法保证最优射频性能；在 2.8V-3.6V 之间，模 组整体性能正常。

外设：5xPWM

蓝牙 RF 特性

BLE 4.2/5.0

射频数据速率高达 2Mbps

TX 发射功率：+10dBm

RX 接收灵敏度：-94.5dBm@1Mbps

内嵌硬件 AES 加密

搭配板载 PCB 天线，天线增益2.5dBi

工作温度：-40℃ to +85℃

05 软件设计

无线压力传感器的软件设计包括硬件以及上位机的设计，如图四所示：

（图四）

06 涂鸦模块开发

涂鸦 IoT 开发平台提供一站式解决方案，通过几个简单步骤即可完成产品开发。首先，进入涂鸦 IoT 开发平台创建产品、选择蓝牙协议（如图五所示，当然也可以根据实际项目需要，选择 Zigbee 或者 NB-IoT ）。

（图五）

创建完毕，在功能定义中添加功能，也可以自定义想要的功能。

（自定义添加功能）

在设备模板中定义自己想要的 App 界面，相比于其它的模块，我个人认为这是一个无法比拟的优势。

（App界面）

同时涂鸦模组提供了标准化的开发流程，在通讯协议中可以看到需要上报的指令以及接收的指令，然后根据指令进行开发。

（通讯协议指令收发表）

07 智慧生活 App

可以在涂鸦智慧生活 App 中实时查看数据，若用户一定时间内没喝水则会有告警产生。同时可以设置告警音量和声音类型，也可以开通手机短信或 App 提醒等增值服务。

当然，此类智能产品绝不仅局限于老年人群体，亦可灵活扩展至诸多群体的特殊需求场景中。

例如，近年来我国腰椎病患者日益增多，腰椎病患者正以惊人的速度由中老年向青壮年扩展。据不完全统计，我国腰椎间盘突出症患者已占到全国人口约15.2%，而其中不乏大量青壮年群体。

如果将老年人群体和青壮年群体的功能需求点再进行细分，打造出符合这两类群体不同定位的产品解决方案，必定可以让企业在数字化转型的浪潮中斩获新的生机。

审核编辑：符乾江