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顯示從 9月, 2015 起發佈的文章

[應用] Arduino + 藍芽酒精感測器

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        去年初,無意中發現美國 Breathmeter 公司推出酒精感測器,他們推出這項產品的起因是根據統計每年在美國因酒精因素而死亡的人數約一萬人,因酒精原因而造成受傷的人數約17萬人,另外超過百萬人因酒駕而被捕。在這個背景下,該公司一開始設計的概念是希望藉由可攜式設備並經手機的耳機介面來量測血中酒精濃度,所以初期的規劃是以有線通訊的方式傳送。他們的產品啟發了我們的想法,若能利用藍芽通訊的方式傳送檢測資料又能低耗電的話,那不是更方便?         上一篇文章提到使用 Arduino Pro Mini 開發板 (3.3V) 搭配藍芽模組 HC-08 組合成一個測試電路,初步確認我們的電路設計無誤後,也驗證了藍芽通訊和系統的耗電情形。有了這個藍芽控制電路之後,這個基礎將方便我們著手開發各種無線通訊的應用。實作酒精感測器最重要的就是找到適當的感測器元件,去年我們使用 Figaro TGS2620 酒精感測器,不過這顆元件的操作電壓在 5V,使得整個系統的耗電量偏高,一般電池的電量很快就耗盡。於是,今年找到了一顆低電壓的酒精感測器 Cambridge CMOS Sensors CCS803,它是以 CMOS MEMS 技術開發出來的感測元件,所以體積很小且操作電壓很低,最高只要 1.8V,這麼低的電壓有助改善耗電的問題。         我們設計的電路板如下所示,板子尺寸為 2 cm x 4 cm,從照片可看到與一元相比的面積。圖一是將 Arduino Pro Mini 晶片搭配酒精感測元件的電路板正面圖,其中酒精感測器位在正面圖的最左邊,一顆 4-pin 小小的元件。圖二所示是電路板的背面,也就是承載一塊藍芽模組。 圖一:藍芽酒精偵測的正面 圖二:藍芽酒精偵測的背面         最後,我們接上充電電池測試這塊板子運作的情況,如下圖三所示。先量測耗電情況,當系統進入休眠狀態時,耗電流約 3.2mA,這比之前 (Arduino + BT) 量測的耗電流稍微大一些 (多了約 1.2mA),這是因為系統多了升降壓電路和電壓轉換,中間多了一些能量的損耗。另外,我們用圖中的電池測試藍芽通訊和感測器全速運作下 (耗電流粗估 18mA),放了兩三小時後,電池仍舊持續運行中。從初步測試後觀察,電路設計與韌體方面應該沒

[模組] Arduino + 藍芽 BLE 模組

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        物聯網一詞是今年相當熱門的話題之一,靠著萬物皆可連的概念讓未來的生活多出很多的想像空間。2015年初,金屬中心智慧系統組提出一個手持裝置偵測器的想法,首先浮出腦海的方式就是採用藍芽與手機連通。自從一兩年前開始,手機的藍芽規格逐漸發展並升級到4.0,加上有了低功耗的連接模式,資料擷取的應用便越來越多,比如家庭或工業上的監控訊號擷取,醫療量測的資料擷取...等。         為了開發設計出手持裝置偵測器,我們從網路上找到 HC-08 藍芽 4.0 模組,它讓使用者能比較快速進入藍芽通訊的領域,透過串列端口控制這塊模組的各項參數,縮短的開發時程。雖然藍芽模組縮短我們進入的門檻,但模組的擴充性卻有所限制,因此需要從外部搭配 MCU 晶片來整合全系統。不過,初步來看這樣的設計還不夠完美,卻也能達到基本的要求。下面的圖示就是以 Arduino Pro Mini 為控制核心,再加上藍芽模組所組成的系統。 圖一:Arduino Pro Mini + HC08 BLE 4.0 模組         設計一個手持裝置遇到最大的麻煩就是耗電,要解決這個問題,以目前的電路設計而言,分成運算時脈和系統的工作電壓兩點。以同等級的 MCU 來說,時脈變慢的話通常耗電量會降低 (雖然運算速度也變慢),假設裝置的運算量不複雜的話,倒是可以盡量讓輸入 MCU 的時脈變慢。通常市面上的 Arduino 板子都是 16MHz,不過用這個概念,我們找到 Arduion Pro Mini 8MHz 3.3V 的開發板。另外,要減少耗電量還可以考慮降低系統的電壓,選用的元件也盡量以低電壓為主,這樣整體耗電會比較低。         此外,在解決耗電問題上,可從 Arduino 韌體設計考慮,當藍芽未連接的情況下,讓 Arduino 進入 power down 模式,這樣可以達到省電的效果。而這塊藍芽模組也有四種操作模式可以設定,只要進入休眠情況,整體系統的耗電都能改善不少。底下是實驗的數據 <全速情況>          Arduino Pro Mini 耗電流大約 6 ~ 7 mA          HC-08 Bluetooth 4.0 耗電流大約 10 mA         底下影片是操作的過程。我們實際操作時,在藍芽未