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nich20xx

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一粒金砂（中级）
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发表于2020-7-6 00:01 只看该作者
 

儿童玩具“黑匣子”-- BabyCareAssistant [复制链接]

  本帖最后由 nich20xx 于 2020-7-8 05:13 编辑

一、项目背景

玩具是儿童成长的必备小伙伴，也是当前母婴品类中占据非常大比例的一类产品。电子益智类玩具由于其丰富的交互元素，又是儿童玩具中非常好玩、对小朋友极具吸引力的一类。借助小巧智能的SensorTile.box运动与交互属性，可以快速让儿童玩具有百变玩法，新增更多乐趣。

二、作品简介

BabyCareAssistant（宝贝关爱小助手）是一个基于SensorTile.box实现的儿童玩具“黑匣子”，可用于动态显示运动数据、真实环境数据，辅助监测小朋友活动、哭声等等；同时对小朋友来说，BabyCareAssistant本身就相当于一个非常有趣的小玩具，小巧可爱又富有科技感，是小朋友非常棒的一个小科技启蒙玩物。BabyCareAssistant可灵活、携式地安装在小朋友的各种玩具上（扭扭车、滑板车、自行车、玩具枪等等），除了新增玩具的功能属性之外，也可以作为日常看护小朋友室内室外运动的小助手。

 

BabyCareAssistant1.0主要通过陀螺仪(LSM6DSOX-Gyroscope)进行方向检测，检测到方向变化后，触发三轴加速度传感器(LIS2DW12)工作，并使用模拟麦克风(MP23ABS1)对小朋友哭声进行监测与指示。同时连接到ST Sensor App中，实时显示运动数据与环境数据、哭声、BLE RSSI等。

BabyCareAssistant1.0当前主要基于ST Sensor App的专家模式（Expert mode）实现，专家模式（Expert mode）是一种无需编程的类图形化设计方式。

 

三、系统框图


BabyCareAssistant1.0基于SensorTile.box实现，BabyCareAssistant1.0主要定义的功能有:

  1. 方向检测
    • 通过陀螺仪（LSM6DSOX - Gyroscope）对偏转、倾斜等动作角速度的测量，实现方向检测。
  2. 哭声检测
    • 通过模拟麦克风(MP23ABS1)来采集语音信号，来识别儿童的哭声
  3. 采集环境数据
    • 通过温度传感器（STTS751）、湿度传感器（HTS221）、压力传感器（LPS22HH）采集当前环境的温湿度、大气压等
  4. 采集运动数据
    • 通过低功耗加速度传感器(LIS2DW12)采集三轴加速度数据
  5. 查看RSSI
    • 通过BLE信号强度值（RSSI）来做简单的距离范围判断
  6. 蓝牙连接ST sensor App
    • 通过BLE与手机app进行数据交互，实时动态展示运行数据与环境数据等
  7. SD卡数据存储或者USB输出
    • 采集运动传感器的数据与环境传感器的数据，并保存到SD中或者通过USB输出到PC端

四、各部分功能说明（图文结合）

4.1 方向检测

传感器选择 "Gyroscope Sensor"（ LSM6DSOX ）

  1. 低功耗模式“Low power ”
  2. 输出数据速率：ODR = 12.5Hz
  3. 量程：FS = 2000dps(度/秒)
  4. 函数：
    • NORM（范数）
      • 范数（Norm）是一种关于向量的函数，可以用范数来度量一个向量的“长度”，即向量的模长，这模长就是向量的一种范数——L2范数
      • norm_l2 = sqrt(ax*ax + ay*ay + az*az);     
    • Threshold Comparison( 阈值)
      • 将计算得到的L2范数与阈值判断。
  5. 输出
    • Save as EXP

4.2 哭声检测

传感器选择 "Microphone"（ MP23ABS1）

  1. 采集模拟语音信号，并输出到STM32L4R9 ADC1
  2. 函数：Baby Crying
  3. 输出方式
    • 数据流输出到Bluetooth

4.3 环境数据与运动数据检测

  • 运动传感器当前选用"Accesleration sensor(Low power)" ，即低功耗加速度传感器(LIS2DW12）
  1. 低功耗模式“Low power mode 1 ”
  2. 输出数据速率：ODR = 50Hz
  3. 数字低通滤波：LOWPASS FILTER = 3200Hz
  4. 数字高通滤波：HIGHPASS FILTER = ODR / 4 Hz
  5. 量程：FS = 2g
  • 环境数据当前选用"Temperture sensor","Humidity sensor","Pressure sensor",即温度传感器（STTS751）、湿度传感器（HTS221）、压力传感器（LPS22HH）
  • 输出方式
    • 数据流输出到Bluetooth
    • 选择数据流输出到USB（或者单独选择保存文件到SD卡 ）

4.4 蓝牙连接

SensorTile.box通过板载SPBTLE-1S蓝牙模块( Hosted mode 即network processor )，与进行手机ST Sensor App进行BLE数据交互与展示。

五、作品源码和案例中处理的传感器数据

  1. BabyCareAssistant1.0z通过陀螺仪(LSM6DSOX-Gyroscope)检测到方向变化后，触发低功耗三轴加速度传感器(LIS2DW12)工作，并使用模拟麦克风(MP23ABS1)对小朋友哭声进行采集与指示。
  2. 通过BLE连接到ST Sensor App中，可实时查看运动数据与环境数据、哭声指示、BLE RSSI等。

5.1  运动与环境传感器数据

温度 - 湿度 - 大气压，三轴加速度，RTC时间

30.799999,67.699997,999.159973,287,-200,778,05/07/2020,09:26:44.630

30.799999,67.699997,999.159973,484,-180,832,05/07/2020,09:26:44.650

30.799999,67.699997,999.159973,403,-80,1031,05/07/2020,09:26:44.671

30.799999,67.699997,999.159973,288,-92,980,05/07/2020,09:26:44.691

30.799999,67.699997,999.159973,-275,160,1160,05/07/2020,09:26:44.791

30.799999,67.699997,999.159973,-280,42,1018,05/07/2020,09:26:44.811

30.799999,67.699997,999.159973,-398,88,1089,05/07/2020,09:26:44.831

30.799999,67.699997,999.159973,-464,34,922,05/07/2020,09:26:44.851

30.799999,67.699997,999.159973,-382,97,892,05/07/2020,09:26:44.872

30.799999,67.699997,999.159973,-550,157,848,05/07/2020,09:26:44.892

30.799999,67.699997,999.159973,-357,95,946,05/07/2020,09:26:44.912

30.799999,67.699997,999.159973,-248,128,954,05/07/2020,09:26:44.932

30.799999,67.699997,999.159973,-413,-1710,-729,05/07/2020,09:26:45.032

30.799999,67.699997,999.159973,80,-43,1191,05/07/2020,09:26:45.052

30.799999,67.699997,999.159973,137,34,1001,05/07/2020,09:26:45.072

30.799999,67.699997,999.159973,142,-77,959,05/07/2020,09:26:45.093

30.799999,67.699997,999.159973,162,-26,937,05/07/2020,09:26:45.113

30.799999,67.699997,999.159973,187,-61,879,05/07/2020,09:26:45.133

30.799999,67.699997,999.159973,180,-57,819,05/07/2020,09:26:45.153

30.799999,67.699997,999.159973,179,26,916,05/07/2020,09:26:45.173

30.799999,67.699997,999.159973,129,-43,1030,05/07/2020,09:26:45.193

30.799999,67.699997,999.159973,85,29,1084,05/07/2020,09:26:45.213

30.799999,67.699997,999.159973,-231,279,1312,05/07/2020,09:26:45.233

30.799999,67.699997,999.159973,-175,88,1044,05/07/2020,09:26:45.253

30.799999,67.699997,999.159973,-201,130,1024,05/07/2020,09:26:45.273

30.799999,67.699997,999.159973,-250,137,998,05/07/2020,09:26:45.293

30.799999,67.699997,999.159973,-181,90,932,05/07/2020,09:26:45.314

30.799999,67.699997,999.159973,-169,168,942,05/07/2020,09:26:45.334

30.799999,67.699997,999.159973,-128,71,978,05/07/2020,09:26:45.354

5.2  模拟麦克风数据

Log start on 2020/7/5 21:01          
Feature Audio Classification          
Nodes T-BOX   @322C33          
Date HostTimestamp (ms) NodeName NodeTimestamp RawData Audio Class (#) Algorithm (#)
05/07/2020 21:01:42.637 27762 T-BOX   @322C33 50727 FF01 -1 1
05/07/2020 21:02:06.386 51511 T-BOX   @322C33 57508 FF01 -1 1
05/07/2020 21:02:06.386 51511 T-BOX   @322C33 57508 FF01 -1 1
05/07/2020 21:02:53.171 98296 T-BOX   @322C33 63356 FF01 -1 1
05/07/2020 21:02:53.171 98296 T-BOX   @322C33 63356 FF01 -1 1

5.3 电池检测数据

Log start on 2020/7/5 21:01              
Feature Battery              
Nodes T-BOX   @322C33              
Date HostTimestamp (ms) NodeName NodeTimestamp RawData Level (%) Voltage (V) Current (mA) Status
05/07/2020 21:01:52.708 37833 T-BOX   @322C33 55800 EE02930D008003 75 3.475 NaN 3
05/07/2020 21:01:53.184 38309 T-BOX   @322C33 55863 EE02920D008003 75 3.474 NaN 3
05/07/2020 21:01:53.705 38830 T-BOX   @322C33 55925 EE02920D008003 75 3.474 NaN 3
05/07/2020 21:01:54.227 39352 T-BOX   @322C33 55988 EE02920D008003 75 3.474 NaN 3
05/07/2020 21:01:54.702 39827 T-BOX   @322C33 56050 EE02920D008003 75 3.474 NaN 3
05/07/2020 21:01:55.224 40349 T-BOX   @322C33 56113 EE02920D008003 75 3.474 NaN 3
05/07/2020 21:01:55.699 40824 T-BOX   @322C33 56175 EE02920D008003 75 3.474 NaN 3
05/07/2020 21:01:56.220 41345 T-BOX   @322C33 56238 EE02920D008003 75 3.474 NaN 3
05/07/2020 21:01:56.695 41820 T-BOX   @322C33 56300 EE02920D008003 75 3.474 NaN 3
05/07/2020 21:02:05.102 50227 T-BOX   @322C33 57352 EE02920D008003 75 3.474 NaN 3

六、视频演示（视频简介+链接）

  1. 移动Sensortile，绿色等闪烁，表示检测到方向变化
  2. 查看手机ST BLE Sensor app，环境数据，运动数据，哭声指示等

  3. 视频链接：https://training.eeworld.com.cn/video/26406

七、项目总结（项目文字总结+帖子分享链接汇总）

Sensortile.box非常的强大，不论是硬件设计与ST配套软件工具（ST Sensor App、Unicleo GUI、FP-SNS-STBOX1..）等，BabyCareAssistant1.0借助ST提供的原生工具包，非常方便地实现预定义功能。后续BabyCareAssistant2.0将通过编程模式来实现1.0的所有功能，进一步学习与使用Sensortile.box。

八、感谢

非常感谢ST公司与EEWORLD举办的sensor创新应用大赛，通过这次大赛，进一步感受到SensorTile.box及其ST产品的专业与强大，比如结构化的开发套件设计、规范的文档与代码等等，同时也非常感谢大赛负责人鼓励与定期督促。

MEMS, 传感器

[作品提交] 儿童玩具“黑匣子”-- BabyCareAssistant1.0.200705.pdf

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