系統(tǒng)架構(gòu)如圖 1 所示。系統(tǒng)包括四個模塊，分別為內(nèi)置于穿戴設(shè)備的毫米波雷達(dá)模塊，傳輸雷達(dá)數(shù)據(jù)的藍(lán)牙模塊，內(nèi)置于手機(jī)的 APP，以及內(nèi)置于穿戴設(shè)備的報(bào)警模塊。將藍(lán)牙模塊配置為 STA 模式后，智能穿戴設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)即可與手機(jī) APP 連接，實(shí)現(xiàn)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(yīng)來自手機(jī) APP 在通過安全算法的運(yùn)算后發(fā)送出的早期預(yù)警信號。

毫米波雷達(dá)接口輸出的信號為十六進(jìn)制形式，包括距離、速度和方位角數(shù)據(jù)。毫米波雷達(dá)與 STM32 接口均采用RS 232 標(biāo)準(zhǔn)接口，如圖 2 所示。2，3 和 5 針腳分別代表接收數(shù)據(jù)（RXD）、發(fā)送數(shù)據(jù)（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(shù)據(jù)線即可實(shí)現(xiàn)雷達(dá)和STM32 的通信。

雷達(dá)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(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)和成本低等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，異步通信設(shè)備要求簡單、成本低，全雙工通信可以同時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù)，提高通信效率。

2.2 藍(lán)牙和 APP 通信

由于 STM32 無法支持藍(lán)牙功能，因此借助串口轉(zhuǎn)藍(lán)牙模塊可以使 STM32 具備藍(lán)牙通信功能。調(diào)試程序，將藍(lán)牙模塊的串口波特率和 STM32 的串口波特率設(shè)置為同一數(shù)值，STM32 從雷達(dá)接收到的數(shù)據(jù)可通過藍(lán)牙模塊發(fā)送出去，STM32 串口的初始化流程如圖 3 所示。

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

3 警報(bào)系統(tǒng)

警報(bào)系統(tǒng)以 STM32 的蜂鳴器模塊為基礎(chǔ)，包括響應(yīng)和關(guān)閉響應(yīng)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(guān)閉響應(yīng)通過按鍵實(shí)現(xiàn)，在手機(jī) APP 中設(shè)置按鍵的內(nèi)部操作代碼，按鍵按下時(shí)，相應(yīng)代碼會通過手機(jī)藍(lán)牙傳輸至STM32 的藍(lán)牙模塊，關(guān)閉蜂鳴器。

警報(bào)系統(tǒng)是對安全算法結(jié)果的一種響應(yīng)，當(dāng)安全算法計(jì)算結(jié)果為“red”時(shí)，信息經(jīng)手機(jī)藍(lán)牙傳輸至 STM32 的藍(lán)牙模塊，并在藍(lán)牙模塊的程序內(nèi)觸發(fā)蜂鳴器，發(fā)出持續(xù)警報(bào)，在規(guī)避危險(xiǎn)后，佩戴人員可以通過按下 APP 中的“關(guān)閉”按鍵關(guān)閉蜂鳴器。而當(dāng)安全算法計(jì)算結(jié)果為“green”時(shí)，佩戴人員處于安全狀態(tài)，蜂鳴器無響應(yīng)。

4 原型機(jī)構(gòu)造和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

研究中，以 STM32 單片機(jī)開發(fā)模式構(gòu)造原型機(jī)，將手機(jī)藍(lán)牙串口助手、藍(lán)牙模塊、警報(bào)系統(tǒng)結(jié)合計(jì)算機(jī)串口調(diào)試助手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

藍(lán)牙模塊連接到 STM32，如圖 6 所示。STM32 用數(shù)據(jù)線連接到電腦端，設(shè)置波特率為 9 600 bit/s，將編寫的藍(lán)牙模塊串口程序下載到 STM32，如圖 7 所示。程序下載成功，藍(lán)牙模塊指示燈正常閃爍。

開啟手機(jī)藍(lán)牙，打開藍(lán)牙串口助手，刷新設(shè)備列表并連藍(lán)牙，如圖 8 所示。此時(shí)關(guān)閉程序下載窗口，打開計(jì)算機(jī)串調(diào)試助手，檢測計(jì)算機(jī)上位機(jī)端與 STM32 的通信是否正常，并顯示實(shí)時(shí)傳輸信息，如圖 9 所示。

將毫米波雷達(dá)連接到 STM32，并接通雷達(dá)電源，實(shí)時(shí)傳輸探測數(shù)據(jù)。

第一次測試，數(shù)據(jù)信息經(jīng)安全算法后，得到結(jié)果為“green”，佩戴人員處于安全狀態(tài)，蜂鳴器不響應(yīng)，藍(lán)牙串口助手顯示的信息、STM32 顯示板接收到的信息以及計(jì)算機(jī)端串口調(diào)試助手的實(shí)時(shí)信息顯示分別如圖 10（a）～（c）所示。

第二次測試，數(shù)據(jù)信息經(jīng)安全算法后，得到結(jié)果為“red”，佩戴人員處于危險(xiǎn)狀態(tài)，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)，藍(lán)牙串口助手顯示的信息、STM32 顯示板接收到的信息以及計(jì)算機(jī)端串口調(diào)試助手的實(shí)時(shí)信息顯示分別如圖 11（a）～（c）所示。佩戴人員規(guī)避危險(xiǎn)后，點(diǎn)擊“關(guān)閉”按鈕即可關(guān)閉蜂鳴器，藍(lán)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(jié) 語

本文提出了一種融合雷達(dá)傳感器模塊、藍(lán)牙傳輸模塊、報(bào)警模塊和安全算法的可主動探測、識別危險(xiǎn)并報(bào)警的智能可穿戴設(shè)備的概念和設(shè)計(jì)方案，并按照設(shè)計(jì)初步構(gòu)造了原型設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了主動探測報(bào)警的雛形。該概念和設(shè)計(jì)是關(guān)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(shí)際意義。