張佳進(jìn)，陳立暢，李雪飛，唐君君，嚴(yán)帥

（1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 基礎(chǔ)與信息工程學(xué)院，昆明650201；2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程技術(shù)學(xué)院）

張佳進(jìn)（碩士），研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)、計(jì)算機(jī)測(cè)控；陳立暢（講師），研究方向?yàn)橹悄苄畔⑻幚怼?/p>

引 言

隨著移動(dòng)通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，智能手機(jī)得到廣泛普及與應(yīng)用。除了基本的通話功能以外，智能手機(jī)已經(jīng)成為物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代新型的終端節(jié)點(diǎn)。

目前，老人、婦女兒童外出時(shí)遇到搶劫、性侵等惡性事件時(shí)有發(fā)生。在此背景下，設(shè)計(jì)了一種基于Android智能手機(jī)的無線求救系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由手環(huán)和Android智能手機(jī)報(bào)警軟件APP組成。其中，手環(huán)由低功耗藍(lán)牙4.0無線通信模塊和微控制器構(gòu)成，通過藍(lán)牙與攜帶者的Android智能手機(jī)保持連接狀態(tài)。

1 系統(tǒng)功能與結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)具體功能如下：

①手環(huán)通過低功耗的藍(lán)牙4.0通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)與智能手機(jī)的長(zhǎng)時(shí)間相互連接，可以在不直接使用手機(jī)的情況下，及時(shí)有效地利用手機(jī)向外界發(fā)送求救信息。

②在系統(tǒng)中預(yù)設(shè)短信內(nèi)容及收信人號(hào)碼，使求救信息的發(fā)送變得更加方便、快捷、及時(shí)、有效。

③當(dāng)智能手機(jī)APP報(bào)警軟件啟動(dòng)后，系統(tǒng)能及時(shí)自動(dòng)定位，并將GPS定位信息以短信的方式發(fā)送出去，同時(shí)開啟手機(jī)內(nèi)置的麥克風(fēng)進(jìn)行錄音，并以郵件、微信、短信的形式把現(xiàn)場(chǎng)聲音信息發(fā)送給預(yù)定收件人，為事后的調(diào)查提供有力證據(jù)。另外，APP 報(bào)警軟件也可以直接撥打預(yù)設(shè)好的聯(lián)系人或110等報(bào)警電話。

其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理如圖1所示。

2 手環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

手環(huán)主要實(shí)現(xiàn)報(bào)警信息的觸發(fā)與智能手機(jī)的連接功能，主要由藍(lán)牙4.0通信模塊與低功耗單片機(jī)構(gòu)成。

其中，藍(lán)牙4.0將傳統(tǒng)藍(lán)牙、高速藍(lán)牙和低功耗藍(lán)牙技術(shù)融合在一起，這三個(gè)規(guī)格可以組合或者單獨(dú)使用。藍(lán)牙4.0規(guī)范的核心是低功耗技術(shù)，該技術(shù)的最大特點(diǎn)是使設(shè)備擁有超低的運(yùn)行功耗和待機(jī)功耗，藍(lán)牙低功耗設(shè)備使用一粒紐扣電池即可以工作一年之久。藍(lán)牙4.0無線通信技術(shù)可廣泛應(yīng)用于對(duì)功耗有著嚴(yán)格要求的智能儀器儀表、可穿戴設(shè)備、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等眾多領(lǐng)域［1－2］。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 Bluno Arduino開發(fā)板

為了降低系統(tǒng)功耗，減小手環(huán)尺寸，同時(shí)便于開發(fā)與測(cè)試，本文采用了集成藍(lán)牙4.0通信模塊的Bluno Arduino開發(fā)板來模擬藍(lán)牙4.0可穿戴式手環(huán)，如圖2所示。

圖2 Bluno Arduino開發(fā)板

以下是Bluno Arduino的技術(shù)參數(shù)［3］：

◆微控制器：ATmega328；

◆BLE芯片類型：TI CC2540；

◆支持藍(lán)牙HID；

◆支持通過AT 指令調(diào)試藍(lán)牙模組；

◆通過串口的透明通信；

◆USB升級(jí)BLE固件；

◆Bootloader：Arduino UNO；

◆兼容Arduino UNO的針腳接口，支持UNO擴(kuò)展板。

2.2 Bluno藍(lán)牙4.0通信程序原理

藍(lán)牙4.0無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分為星型拓?fù)浜蛷V播組拓?fù)?。藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的類型可以分為主機(jī)、從機(jī)，也可以分為服務(wù)器、客戶端，具體的配置由對(duì)應(yīng)的配置文件決定。

手環(huán)與Android手機(jī)藍(lán)牙4.0通信采用了星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)設(shè)備以廣播的形式發(fā)送設(shè)備的IEEE 地址，手環(huán)作為從機(jī)等待連接；Android智能手機(jī)作為主機(jī)，發(fā)起建立網(wǎng)絡(luò)連接的請(qǐng)求。集中器設(shè)備掃描發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)設(shè)備并與之建立連接的流程如圖3所示［4－5］。

圖3 藍(lán)牙4.0建立網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接流程圖

2.3 求救按鈕檢測(cè)程序

以下為Bluno Arduino開發(fā)板的求救按鈕檢測(cè)代碼：

3 Android報(bào)警軟件APP的實(shí)現(xiàn)

3.1 報(bào)警軟件活動(dòng)圖與順序圖

當(dāng)可穿戴手環(huán)上的求救按鈕被按下后，攜帶者的智能手機(jī)上的APP報(bào)警軟件能迅速打開GPS模塊，并將定位信息及相應(yīng)求救內(nèi)容以短信的方式發(fā)送出去，同時(shí)開啟手機(jī)內(nèi)置的麥克風(fēng)進(jìn)行錄音，并以郵件、短信的形式把現(xiàn)場(chǎng)聲音信息發(fā)送給預(yù)定收件人。另外，APP 報(bào)警軟件也可以直接撥打預(yù)設(shè)好的聯(lián)系人或110等報(bào)警電話。

圖4為報(bào)警軟件的活動(dòng)圖，圖5是報(bào)警軟件順序圖。

圖4 報(bào)警軟件活動(dòng)圖

圖5 報(bào)警軟件順序圖

3.2 報(bào)警軟件部分示例代碼

if（my Activity.get Local Class Name（）.to String（）.equals（"Luyin－Activity"））｛

Luyin Activity.m BtnAudio RecoOn Off.set Text（"開 始 錄音"）；｝else｛

短信發(fā)送功能部分代碼：

4 系統(tǒng)測(cè)試

4.1 系統(tǒng)硬件連接

在測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，采用小米3作為測(cè)試樣機(jī)（該手機(jī)配備了藍(lán)牙4.0通信模塊），采用Bluno Arduino開發(fā)板模擬可穿戴手環(huán)，詳見圖6。

圖6 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)硬件連接

4.2 測(cè)試示例

主要測(cè)試了GPS定位、短信發(fā)送、現(xiàn)場(chǎng)錄音與郵件發(fā)送等。限于篇幅，本文只給出求救短信的發(fā)送測(cè)試界面，如圖7所示。

經(jīng)過多次反復(fù)地測(cè)試與實(shí)驗(yàn)表明，基于藍(lán)牙4.0 手環(huán)，以Android手機(jī)APP報(bào)警軟件為核心的個(gè)人安全報(bào)警系統(tǒng)具有功耗低、實(shí)時(shí)性好、穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。

圖7 求救短信發(fā)送測(cè)試界面

結(jié) 語

本文討論的個(gè)人安全報(bào)警系統(tǒng)主要針對(duì)外出的老人、婦女、兒童等。在突然遇到危險(xiǎn)時(shí)（搶劫、性侵害、重癥等），往往沒有足夠時(shí)間拿出隨身攜帶的手機(jī)來撥打求救電話，因而使用手環(huán)上的報(bào)警按鈕來啟動(dòng)手機(jī)APP軟件報(bào)警系統(tǒng)，能及時(shí)有效、隱蔽地傳遞求救信息，為實(shí)現(xiàn)自救爭(zhēng)取寶貴時(shí)間。另外，手環(huán)通過低功耗的藍(lán)牙4.0通信技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)與智能手機(jī)的長(zhǎng)時(shí)間相互連接，保證了系統(tǒng)的可用性。

［1］Bluetooth low energy.［EB／OL］.［2014－12］.http：／／en.wikipedia.org／wiki／Bluetooth＿low＿energy.

［2］李俠，沈峰，李德勝.基于Android系統(tǒng)的低功耗藍(lán)牙應(yīng)用程序開發(fā)［J］.重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2014，16（5）；133－136.

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［4］Bluno主控板－第一塊集成藍(lán)牙4.0的Arduino主控板［EB／OL］.［2014－10］.http：／／www.dfrobot.com.cn／goods.php？id＝823.

［5］張明星，孫嬌.Android 智能穿戴設(shè)備開發(fā)從入門到精通［M］.北京：中國鐵道出版社，2014.

［6］韓超，梁泉.Android系統(tǒng)原理及開發(fā)要點(diǎn)詳解［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2010.

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