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                                        全民創客時代,自己DIY一個智能手表

                                        發布時間:2015-12-21 來源:EDN電子技術設計 責任編輯:wenwei

                                        【導讀】說到可穿戴設備,我們一般首先想到的就是智能手表。買一個時尚的智能手表當然不錯,但作為一個創客,你也可以選擇和我一樣自己做一個!我給這個DIY的智能手表起名為Retro Watch,整個項目基于Android和Arduino開發板,項目的所有軟硬件設計都是開源的。你可以在Github下載源碼或貢獻自己的力量
                                         
                                        第一步:系統結構設計
                                         
                                        全民創客時代,自己DIY一個智能手表
                                         
                                        如上圖所示,Retro Watch的結構比較簡單:硬件平臺基于Arduino,上面只有一個控制按鈕。另外,我還開發了基于安卓系統的應用,讓手表可以通過藍牙和安卓設備進行連接,這樣我們就可以通過Retro Watch查看安卓設備上的RSS推送和系統通知了。
                                         
                                        第二步:組件準備
                                         
                                        因為我們要做的是一個智能手表,確保各個組件的小巧也是關鍵之一。
                                         
                                        全民創客時代,自己DIY一個智能手表
                                         
                                        Arduino微控制器
                                         
                                        我選擇的是最小巧的Arduino,Pro Mini,這是一個Uno R3的輕量級版本。上面甚至沒有USB接口芯片,所以還需要額外準備一個USB轉UART模塊。這款Arduino有兩個工作電壓不同的版本(3.3v/5v),我選擇的是3.3V的版本,因為藍牙模塊和顯示屏都支持3.3V,3.7V的LiPo電池也能正常使用。
                                         
                                        3.3V版本的Arduino的工作頻率為8MHz,5V版本的工作頻率為16MHz,但8MHz足夠使用了。
                                         
                                        一般Arduino Pro Mini的核心處理器件是ATmega328單片機,其RAM為2KB;而只配置有1KB RAM的ATmega128的Arduino版本是不夠用的。
                                         
                                        藍牙
                                         
                                        HC~06藍牙模塊比較常見。其中有一款帶有一個接口板,上面包含一個重置按鈕和一個LED,但體積也相對較大。鑒于接口板對本項目沒多大意義,還額外增加了成本,所以這里選擇的不帶接口板的HC~06。
                                         
                                        顯示屏
                                         
                                        我們需要一塊足夠小、功耗足夠低的顯示屏。我最后選擇了Adafruit的0.96英寸的128×64 OLED顯示屏,支持I2C,SPI,可以很方便地和Arduino進行連接。我這里選用的是I2C和SSD1306驅動芯片。
                                         
                                        電池
                                         
                                        我的選擇是3.7V LiPo電池,容量為140mAh。一般使用可堅持7小時。同樣,選擇電池的尺寸很重要。
                                         
                                        其它
                                         
                                        除了線材等組件之外,還需要用到一顆10 kΩ電阻(用于按鈕連接)。
                                         
                                        第三步:組裝
                                         
                                        整個系統的硬件結構連接圖如下所示:
                                         
                                        全民創客時代,自己DIY一個智能手表
                                         
                                        藍牙連接Arduino:
                                         
                                        ·VCC ~ 3.3V
                                         
                                        ·GND ~ GND
                                         
                                        ·TX ~ D2
                                         
                                        ·RX ~ D3
                                         
                                        OLED連接Arduino:
                                         
                                        ·GND ~ GND
                                         
                                        ·VCC ~ VCC
                                         
                                        ·SDA ~ A4(模擬引腳4)
                                         
                                        ·SCL ~ A5(模擬引腳5)
                                         
                                        如果使用的是SPI接口,則可以參考Adafruit教程按如下方式連接:
                                         
                                        ·D1 : MOSI ~ Arduino D11 (MOSI)
                                         
                                        ·D2 : MISO ~ Arduino D12 (MISO)(可選)
                                         
                                        ·D0 : CLK ~ Arduino D13 (SCK)
                                         
                                        ·DC : DC(數據命令)~ Arduino D8(或其它)
                                         
                                        ·CS : CS(芯片選擇) ~ Arduino D10 (SS)
                                         
                                        ·RES : RESET ~ Arduino D9 (或其它)
                                         
                                        按鈕:
                                         
                                        連接方式如圖,注意這里要用到一個10 kΩ電阻。
                                         
                                        全民創客時代,自己DIY一個智能手表
                                         
                                        電池連接Arduino:
                                         
                                        ·正極 ~ RAW
                                         
                                        ·負極 ~GND
                                         
                                        USB轉UART模塊連接Arduino:
                                         
                                        ·3.3V ~ VCC
                                         
                                        ·TXD ~ RXD
                                         
                                        ·RXD ~ TXD
                                         
                                        ·GND ~ GND
                                         
                                        安裝尺寸如下:
                                         
                                        全民創客時代,自己DIY一個智能手表
                                         
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                                        第四步:編譯Arduino代碼并上傳
                                         
                                        已經做好的Arduino項目可以在GitHub上下載。下載好了之后別急著編譯,還需要先配置一下開發環境。
                                         
                                        安裝圖形驅動:
                                         
                                        首先需要安裝圖形處理庫 Adafruit_SSD1306和Adafruit-GFX-Library,這樣才能在OLED上顯示圖像。(在某些開發環境下,Adafruit庫會與Robot_xxx庫產生沖突;如果發生了這種情況,備份Robot_xxx庫后將其從庫文件夾中刪除。)
                                         
                                        警告:如果你使用的是帶SH1106驅動的OLED,那就在GitHub上下載Adafruit_SH1106驅動。
                                         
                                        另外,本項目也支持u8glib了,你可以在其官方主頁下載支持Arduino的版本。
                                         
                                        復制位圖圖像頭文件:
                                         
                                        將RetroWatchArduino文件夾中的bitmap.h文件復制到路徑/Arduino安裝文件夾/Arduino/hardware/libraries/RetroWatch。如果沒有這樣的路徑,可以自己創建。
                                         
                                        修改源代碼:
                                         
                                        打開Arduino IDE并載入RetroWtchArduino.ino。如果你使用的引腳和本教程不一樣,需要對引腳定義進行修改:
                                         
                                        SoftwareSerial BTSerial(9, 8); //藍牙TX, RX連接引腳
                                         
                                        int buttonPin = 5; // 按鈕引腳
                                         
                                        display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C); // OLED I2C地址,使用你的地址替換Ox3D
                                         
                                        如果你使用的是u8glib,那么就載入RetroWatchArduino_u8glib.ino文件,然后注意以下代碼:
                                         
                                        U8GLIB_SSD1306_128X64 u8g(U8G_I2C_OPT_NONE|U8G_I2C_OPT_DEV_0); //根據你選用的顯示屏進行修改
                                         
                                        SoftwareSerialBTSerial(2,3); // 藍牙TX, RX連接引腳
                                         
                                        int buttonPin = 5; // 按鈕引腳
                                         
                                        如果你使用的是Adafruit的圖形庫,并有使用到OLED的Reset引腳,那就將OLED的Reset和Arduino的D8引腳相連,當然也可以自定義:
                                         
                                        #define OLED_RESET 8
                                         
                                        Adafruit_SSD1306 display(OLED_RESET);
                                         
                                        編譯和上傳:
                                         
                                        以上步驟完成之后編譯上傳,成功之后顯示屏上面會顯示RetroWatch Arduino Logo和Adafruit Logo。Logo之后屏幕會顯示00:00,如下圖所示:
                                         
                                        全民創客時代,自己DIY一個智能手表
                                         
                                        第五步:安卓軟件及其源代碼
                                         
                                        因為Android 4.3之后的版本才支持從應用讀取通知信息,所以請確保你的安卓設備安裝的是Android 4.3或更新的系統版本。但如果你使用的是低于4.3的版本,可以使用另一個閹割版的應用:能夠通過智能手表接收通知,但無法讀取內容。應用源代碼可以在GitHub上查看,也可以直接通過Google Play Store進行安裝(RetroWatch或適合低版本系統的RetroWatch LE)。
                                         
                                        安卓軟件安裝之后檢查一下系統是否授予了其讀取通知的權限。
                                         
                                        接下來打開手機藍牙,將安卓手機和Arduino的藍牙進行配對。然后在RetroWatch軟件中選擇連接好的Arduino,界面上顯示“Connected”即表示連接成功。
                                         
                                        點擊菜單,選擇Data transfer to Watch(傳輸數據到手表),然后設備會用過藍牙將時間和信息傳輸到智能手表。
                                         
                                        因為手表硬件的性能有限,很多功能我們需要通過安卓應用實現,手表本身的主要功能是顯示。在安卓應用中,你可以設置可推送消息(僅支持英文字符顯示)和狀態通知(手機電池電量和信號強度等)的類型,也可以推送應用中訂閱的RSS(可以訂閱天氣RSS,用來在手表上顯示天氣)。更新每30分鐘同步一次。
                                         
                                        全民創客時代,自己DIY一個智能手表
                                         
                                        另外,應用中還提供了65個不同的顯示圖標,你可以自己定義設置。
                                         
                                        第六步:手表功能介紹
                                         
                                        安裝就緒之后就該探索一下我們的智能手表了。智能手表的系統按照以下模式工作:
                                         
                                        全民創客時代,自己DIY一個智能手表
                                         
                                        啟動顯示: 顯示Logo,手表啟動。
                                         
                                        時鐘顯示: 顯示與之相連的安卓手機上的時間。另外,時間的顯示還可以修改,目前提供了模擬顯示、數字顯示和混合顯示三種模式。如果你點擊一下按鈕,則手表進入緊急信息顯示模式。如果10分鐘內沒有什么數據更新和操作,則顯示界面會切換到待機界面。
                                         
                                        全民創客時代,自己DIY一個智能手表
                                         
                                        緊急信息顯示: 當用戶點擊按鈕或有新的緊急信息輸入時,手表進入這一模式。用戶可以再次點擊按鈕查看下一條信息,10秒不操作,手表也會自動顯示下一條信息。信息顯示完成之后,手表切換到普通信息顯示。因為RAM只有2KB,非常小。所以該智能手表最多存儲3條緊急信息,多于3條時則自動刪除最舊的信息。
                                         
                                        普通信息顯示: 緊急信息展示完成之后手表會繼續展示普通信息,點擊按鈕或5秒不操作就顯示下一條信息。信息顯示完成之后,手表切換回時鐘顯示。普通信息最多存儲7條。
                                         
                                        待機顯示: 如果10分鐘內沒有什么數據更新和操作,顯示界面會切換到待機界面。在這一模式下,手表界面僅顯示指示符(可在安卓應用中選擇)和hh:mm模式的時間,其功耗也降低了。在待機模式下點擊按鈕或收到新信息,手表進入時鐘顯示模式。
                                         
                                        第七步:外部結構制作
                                         
                                        你可以自己手工制作一個簡單的包裝:
                                         
                                        全民創客時代,自己DIY一個智能手表
                                         
                                        也可以下載3D文件制作一個造型炫酷的手表:
                                         
                                        全民創客時代,自己DIY一個智能手表
                                         
                                        當然,你完全可以選擇不戴手表,做個桌面提醒器也不錯:
                                         
                                        全民創客時代,自己DIY一個智能手表





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