基于Arduino的双向防丢装置

在家中，妈妈常常找不到自己的手机，每次我都要借助爸爸手机上自带的查找功能定位妈妈的手机，让它发出声音。每次找不到电视机遥控器时，妈妈也总说“要是遥控器像手机一样能被定位就好了”。妈妈的想法启发了我，我决定设计一种双向防丢装置。

一、功能设计

（一）寻物功能

1.通过手机App查找物品：单击App上的功能按键，双向防丢装置会鸣叫或闪烁灯光，便于主人确定其位置。

2.通过操作双向防丢装置找手机：长按双向防丢装置按键，手机会报警，从而确定其位置。

（二）防丢功能

当双向防丢装置与手机蓝牙连接后，它们之间的距离超过设定值时，手机与双向防丢装置都会鸣叫。两者的距离在设定值以内时，停止鸣叫。

（三）语音播报

App检测手机的语言，然后播报对应语言的语音，包括双向防丢装置的剩余电量值、报警提示等。

（四）剩余电量查询

通过App的当前电量按键，即可获取当前双向防丢装置电池的剩余电量。

二、关键技术及实现

我采用分段实现相关功能模块的方式，便于在出现问题时完成故障的定位和处理。

（一）步骤一：手机与蓝牙的无线连接

为了实现手机和Nano主控板的通信，必须实现手机和蓝牙的无线连接，才能通过蓝牙传输控制指令。我从最简单的读写数据传输开始尝试。

（二）步骤二：编程控制外部设备（LED灯、开关）

为了综合测试对外部设备的支持，设想通过连接Arduino板块的外部设备实现互相的控制，比如通过连接Arduino板块的开关来控制其他外部设备，具体包括控制LED灯的开和关、蜂鸣器发声等。

（三）步骤三：Arduino端反向控制手机

在Arduino硬件平台，不断读取数字开关对应的电平，如果为高，说明开关被按下，通过蓝牙向串口写入特定控制字符。在手机端读取蓝牙串口数据，判断该数据为约定的控制字符后，控制手机端通过音效组件播放告警音，并弹出提示框。在提示框未被取消前，持续播放告警音。

（四）步骤四：模块整合和整体拼装

1.Arduino端相关工作

Arduino硬件平台不断读取蓝牙接口，分别根据收到的不同指令代码控制Arduino外设实现灯光闪烁、关灯、发声、关闭声音等功能，同时监测数字按钮，在按钮被按下后向手机发送指令，实现远程查找手机的功能。

2.手机端相关工作

（1）建立无线蓝牙连接

读取蓝牙设备列表，选择具体的蓝牙信号后建立无线连接，启动定时器。

（2）构建定时器读取蓝牙数据和RSSI数值

在定时器的时间间隔中，不断发送读取蓝牙串口的请求，如果读取到相关数据，则认为收到Arduino主控板的查询请求，在App端利用音效组件播放告警音，同时弹出提示框，提示手机正在被查找。

在定时器的时间间隔内，不断发出请求，读取所连蓝牙设备的RSSI值，计算出手机和蓝牙模块之间的距离。如果超出8米（具体的距离可根据需要设置），手机则播放告警音，同时蜂鸣器发出提示音。

（3）手机端远程控制蓝牙模组的外设

手机端的四个操作按键对应亮灯查找、关灯、发声查找、关闭声音等四种操作。为了精简代码，在App Inventor里定义“点击动作”这个过程。

经过模块整合和整体拼装，最终通过手机App和“定位神器”的配合，基本可以实现预先设定的几大功能。

作者有话说：

在制作过程中，我不断优化功能，从最开始的UNO板卡结合蓝牙3.0，到最终的BLUNO板卡结合BLE蓝牙4.0，经历了多次完善。我认为科技创新活动就是一个不断发现问题、不断改进、不断提升的过程。

后期在UI设计和美工上，还有很大的进步空间。

三、创新点

目前设计的外部设备可提供脱离报警、远程定位与找回等功能，未来还将搭配温度传感器、烟雾传感器等多种传感设备，在信号异常的情况下，通过蓝牙向手机端发出告警信息，除了防丢还可以起到火警等紧急事故的报警作用。

通过对RSSI测距公式中的参数进行分析，分场景（室内、室外等）对无线藍牙距离算法的“环境衰减因子”参数实现动态校正，经实验比较，优于单一的均值统计模型。

作者有话说：

这次科技创新活动使我进一步熟悉了物联网和手机开发相关的知识和技能，促使我不断学习和思考，在实践中充分汲取各类知识并把它们转化成科技成果。

专家点评

张乐齐的基于Arduino的手机双向防丢失装置，是一件创新实践作品。这是因为关于手机防丢失和对火灾、水灾、地震等的报警功能，现在的许多智能手机都能实现，且十分方便。而难能可贵的是，张乐齐作为一名高中生，经过对项目的了解、分析，通过防丢寻物、语音播报、剩余电量查询功能的设计，就有关手机与蓝牙的无线连接、编程控制外设（LED灯开关）、Arduino端反向控制手机、模块整合和整体拼装等关键技术的实现，充分体现了他已具备良好的相关技术学习与应用能力。

要指出的是，我们的辅导教师应清楚，创新意识、创新思维和实践能力与创新拔尖人才培养关联度非常高。其中，创新意识是内驱力，创新思维是一种路径或是一种思维方式，或是不断前行的外在保障。实践能力应当说是一种媒介，学生借着实践实现创新，所以三者缺一不可。没有创新意识的活动，就只是一种机械重复的活动。