系統(tǒng)架構如圖 1 所示。系統(tǒng)包括四個模塊，分別為內置于穿戴設備的毫米波雷達模塊，傳輸雷達數據的藍牙模塊，內置于手機的 APP，以及內置于穿戴設備的報警模塊。將藍牙模塊配置為 STA 模式后，智能穿戴設備的數據傳輸系統(tǒng)即可與手機 APP 連接，實現信息交互。

（4）蜂鳴器模塊 ：采用有源式蜂鳴器，即電磁式蜂鳴器，由直流電壓供電。接通 3.3 V 電源后，振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下周期性振動，蜂鳴器發(fā)聲。電源接通的響應來自手機 APP 在通過安全算法的運算后發(fā)送出的早期預警信號。

毫米波雷達接口輸出的信號為十六進制形式，包括距離、速度和方位角數據。毫米波雷達與 STM32 接口均采用RS 232 標準接口，如圖 2 所示。2，3 和 5 針腳分別代表接收數據（RXD）、發(fā)送數據（TXD）和信號接地（GND），STM32 的 USART 包含 TTL 電平的串口和 RS 232 電平的串口，使用公對公直連的 RS 232 數據線即可實現雷達和STM32 的通信。

雷達和 STM32 采用串行異步全雙工通信，串行通信較并行通信具有通信距離遠、抗干擾能力強和成本低等優(yōu)點，同時，異步通信設備要求簡單、成本低，全雙工通信可以同時收發(fā)數據，提高通信效率。

2.2 藍牙和 APP 通信

由于 STM32 無法支持藍牙功能，因此借助串口轉藍牙模塊可以使 STM32 具備藍牙通信功能。調試程序，將藍牙模塊的串口波特率和 STM32 的串口波特率設置為同一數值，STM32 從雷達接收到的數據可通過藍牙模塊發(fā)送出去，STM32 串口的初始化流程如圖 3 所示。

同時，作為接收端的手機 APP 選用 Android 操作系統(tǒng)，支持藍牙傳輸協議。本機使用的 Android 7.0 提供了 BlueZ 的RFCOMM 協議封裝，利用該協議可完成 Android 設備與藍牙設備之間的串口通信 [5]，藍牙通信流程如圖 4 所示。

3 警報系統(tǒng)

警報系統(tǒng)以 STM32 的蜂鳴器模塊為基礎，包括響應和關閉響應兩部分。STM32 蜂鳴器模塊為有源蜂鳴器，可以通過改變電平的高低觸發(fā)蜂鳴器，蜂鳴器模塊的初始化如圖5所示。

關閉響應通過按鍵實現，在手機 APP 中設置按鍵的內部操作代碼，按鍵按下時，相應代碼會通過手機藍牙傳輸至STM32 的藍牙模塊，關閉蜂鳴器。

警報系統(tǒng)是對安全算法結果的一種響應，當安全算法計算結果為“red”時，信息經手機藍牙傳輸至 STM32 的藍牙模塊，并在藍牙模塊的程序內觸發(fā)蜂鳴器，發(fā)出持續(xù)警報，在規(guī)避危險后，佩戴人員可以通過按下 APP 中的“關閉”按鍵關閉蜂鳴器。而當安全算法計算結果為“green”時，佩戴人員處于安全狀態(tài)，蜂鳴器無響應。

4 原型機構造和實驗驗證

研究中，以 STM32 單片機開發(fā)模式構造原型機，將手機藍牙串口助手、藍牙模塊、警報系統(tǒng)結合計算機串口調試助手進行實驗驗證。

藍牙模塊連接到 STM32，如圖 6 所示。STM32 用數據線連接到電腦端，設置波特率為 9 600 bit/s，將編寫的藍牙模塊串口程序下載到 STM32，如圖 7 所示。程序下載成功，藍牙模塊指示燈正常閃爍。

開啟手機藍牙，打開藍牙串口助手，刷新設備列表并連藍牙，如圖 8 所示。此時關閉程序下載窗口，打開計算機串調試助手，檢測計算機上位機端與 STM32 的通信是否正常，并顯示實時傳輸信息，如圖 9 所示。

將毫米波雷達連接到 STM32，并接通雷達電源，實時傳輸探測數據。

第一次測試，數據信息經安全算法后，得到結果為“green”，佩戴人員處于安全狀態(tài)，蜂鳴器不響應，藍牙串口助手顯示的信息、STM32 顯示板接收到的信息以及計算機端串口調試助手的實時信息顯示分別如圖 10（a）～（c）所示。

第二次測試，數據信息經安全算法后，得到結果為“red”，佩戴人員處于危險狀態(tài)，蜂鳴器發(fā)出警報，藍牙串口助手顯示的信息、STM32 顯示板接收到的信息以及計算機端串口調試助手的實時信息顯示分別如圖 11（a）～（c）所示。佩戴人員規(guī)避危險后，點擊“關閉”按鈕即可關閉蜂鳴器，藍牙串口助手顯示信息和 STM32 顯示板接收到的信息如圖 12（a）和圖 12（b）所示。

5 結 語

本文提出了一種融合雷達傳感器模塊、藍牙傳輸模塊、報警模塊和安全算法的可主動探測、識別危險并報警的智能可穿戴設備的概念和設計方案，并按照設計初步構造了原型設備，實現了主動探測報警的雛形。該概念和設計是關于參與道路交通行人主動安全性的有效嘗試，對解決道路交通安全問題具有實際意義。