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世紀中期出生的高峰期人口陸續進入老年，可以預見：21世紀前期將是中國人口老齡化發展最快的時期。

人口老齡化給社會和經濟帶來巨大壓力，老年人群體是所有人群中患慢性病最多的群體。

據北京公眾健康飲用水研究所李復興教授指出：健康的飲水習慣能有效提高免疫力、康復力和代謝能力，也可以提高認知能力和思維反應能力，甚至有利于延緩老年癡呆癥；而飲水量不足，則會增加肥胖病、糖尿病、高血壓等慢性病的患病幾率。

一款按時提醒人們飲水、記錄不同時段飲水量、幫助人們養成良好飲水習慣的智能產品開始大受市場青睞。涂鴉智能賦能的智能杯墊實用又簡單，還可以DIY，接下來我們就一起來看看！

01

系統框架設計

涂鴉智能云模組可以實現通信模塊數據上傳、手機App檢測和查看功能。基于涂鴉模組開發的智能杯墊，通過記錄飲水信息、推送建議飲水量、定時飲水提醒等功能，可以科學指導老年人飲水、改變飲水習慣，使用方便、操作簡單。

該項目設計的重點主要在于通過壓力傳感器的檢測，來獲取水杯的重量數據; 涂鴉藍牙通訊模塊實時從主控器上接收分析后的數據，并將分析結果傳輸至涂鴉智慧生活App，最終移動設備端通過服務器查看數據。其流程整體框架如圖二所示：

（圖二：流程框架圖）

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壓力傳感器

壓力傳感器在該系統的硬件設計中最為核心，是系統正常運行監測的關鍵所在。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境中，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業。

壓力傳感器的工作原理如圖三所示：

（圖三）

彈性元件在特定方向上受到外力發生的機械變形時，在其內部會引發極化現象；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，會恢復到不帶電狀態，再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。

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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，我們選擇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的小電壓放大128倍，然后采樣輸出24bitAD轉換值，stm32f103主控器通過GPIO模擬將24bit數據讀取出來。

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、抗干擾性強等優點，能夠高效地利用資源，提高系統性能和可靠性。

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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、以及移動通信終端設備之間的通信，從而使因特網與現代通信設備之間的數據傳輸，變得更加快速與高效。

BT3L是由涂鴉智能開發的一款低功耗嵌入式藍牙模組。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，內置了藍牙網絡通信協議棧和豐富的庫函數。

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

射頻數據速率高達 2Mbps

TX 發射功率：+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℃

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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：

（圖四）

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涂鴉模塊開發

涂鴉 IoT 開發平臺提供一站式解決方案，通過幾個簡單步驟即可完成產品開發。首先，進入涂鴉 IoT 開發平臺創建產品、選擇藍牙協議（如圖五所示，當然也可以根據實際項目需要，選擇 Zigbee 或者 NB-IoT ）。

（圖五）

創建完畢，在功能定義中添加功能，也可以自定義想要的功能。

（自定義添加功能）

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勢。

（App界面）

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

（通訊協議指令收發表）

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智慧生活 App

可以在涂鴉智慧生活 App 中實時查看數據，若用戶一定時間內沒喝水則會有告警產生。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。

（壓力告警界面和正常界面）

（設置告警音量、時長和鈴聲類型）

（手機短信通知）

（App彈窗警告)

當然，此類智能產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。據不完全統計，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品解決方案，必定可以讓企業在數字化轉型的浪潮中斬獲新的生機。