基于蓝牙技术的智能戒烟盒设计

郑鈜榉，曹搏承，王恩可，李奕彤

（1.沈阳航空航天大学 自动化学院，辽宁沈阳，110036；2.沈阳航空航天大学 航空宇航学院，辽宁沈阳，110036）

0 引言

《中国吸烟危害健康报告2020》指出，人群吸烟率仍维持在较高水平，与《“健康中国2030”规划纲要》提出的控烟目标尚有较大差距。一般来说，香烟拆开封装后，超过三天暴露在空气中的烟叶吸收水分口感质量变差。工厂对香烟的存放一般都有着严格要求，温度在4℃左右、湿度保持在60%储存条件最佳。通过实况测试以及问卷调查显示，以烟龄3 年左右有戒烟想法的大学生为例，他们表示，戒烟是一个难以控制抽烟欲望、漫长、需要循序渐进的过程，他们在戒烟过程中不仅会难以控制吸烟的行为，还会有担心香烟因受潮口感变差烟叶质量下降造成已购香烟浪费的矛盾心理。

针对戒烟困难现象我们设计了一款戒烟辅助系统，本系统分为硬件软件两部分，分别为智能戒烟盒和戒烟APP 平台。此系统设计一共有三大目的，一是为了促进人们戒烟，针对部分自控力能差同时想要戒烟的人群，通过设计一款智能烟盒定时解锁烟盒功能以控制戒烟用户吸烟，软件开发部分不仅方便了设备的控制，同时构建用户社区平台引入公域流量促进戒烟用户共同交流分享心得，达到共同戒烟的目的。二是为了保持已经开封的香烟的新鲜度，由于戒烟人群抽一盒烟周期较长，故而需要一款设备来保持香烟的新鲜度，让香烟存储环境温度控制在4℃左右，湿度要保持在60%左右。三是为了防止挤压对香烟造成的破坏。软件部分不仅可以使硬件运行的可控，还具有监测信息、云端交流等功能。旨在针对这些自控能力差的戒烟人群成功戒烟。

1 系统总体方案设计

本系统设计通过使用STM32F103C8T6 单片机、DHT-11 温湿度传感器模块、雾化片、风扇模块、半导体制冷片、PTC 加热片、充电模块。湿度控制部分以STM32F103C8T6单片机作为主控，DHT-11 数字温湿度传感器将采集到的湿度信号传送给STM32F103C8T6 单片机，手机APP 实时显示。手机APP 由已经设计完成，通过HC-05 蓝牙模块将手机APP 与装置通讯连接，用户通过手机APP 可以获取装置状态信息、选择装置工作模式、设置合适湿度阈值、控制控湿时长、设置烟盒锁定时间，装置程序设计框图如图1 所示。另设有点烟器、盛放糖果装置人性化部分。

图1 装置程序设计框图

2 硬件结构设计

装置整体结构严谨，在盛放烟草装置四周分布各个模块，进行连通布线。内部底部空间安装单片机、DHT-11 温湿度传感器、HC-05 蓝牙模块。锁体部分安装风扇模块、拔塞加水的储水箱，储水箱外壳中间放置雾化片，周围保证防水。盛烟槽四周安装PTC 加热片、半导体制冷片、蓄电池、点烟器、盛放糖果装置，蓄电池与两种充电端口位于装置底部，支持安卓接口与TYP-C 接口充电。为使温湿度传感器检测数据不受干扰，获得准确检测数据，将DHT-11 温湿度传感器与雾化片、PTC 加热片、半导体制冷片分别安装在外围，合理排线连接主控电路，同时为使戒烟者有效控制吸烟频率，设计烟盒自锁装置，由电磁铁进行装置的锁定。为使装置内水雾、热气、冷气均匀分布，同时不阻碍水汽的喷出，将小型风扇装置，并且在上方、对面底盘打孔，促进装置内空气流，增设卡槽以保证设备硬件连接。其爆炸视图如图2 所示，实物图如图3 所示。

图2 装置爆炸视图

图3 装置实物图

■2.1 蓝牙通信模块

蓝牙通信模块是智能戒烟盒硬件与手机APP 交换数据的通道，蓝牙通信模块一般以串口的形式与单片机相连，本文选用的是HC-06 蓝牙串口从机模块，模块上引出了VCC、GND、TXD 和RXD 四根管脚。HC-05 蓝牙模块通过串口与MCU 或其他设备进行通信，可以使用UART、USB等接口进行通信。蓝牙通信分为两种模式：主机模式和从机模式。HC-05 蓝牙模块可以设置为主机模式或从机模式，实现与其他设备的通信。蓝牙模块可以传输串口数据、音频数据、图像数据等多种类型的数据。蓝牙通信模块与单片机连接原理图如图4 所示。

图4 蓝牙通信模块与单片机连接原理图

■2.2 温湿度传感器模块

DHT-11 数字温湿度传感器负责检测智能烟盒内的湿度情况，并反馈给单片机。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。DHT-11 数字温湿度传感器是一款带有已校正数字信息输出的温湿度复合传感器，内部由一个八位单片机控制一个电阻型感湿器件和一个NTC 测温元件。其温度测量范围为0℃～50℃，误差在±2℃；湿度的测量范围为20%～90%RH，误差在±5%RH。

■2.3 温湿度控制模块

半导体制冷片是一个热传递的工具。当一块N 型半导体材料和一块P 型半导体材料联结成的热电偶对中有电流通过时，两端之间就会产生热量转移，热量就会从一端转移到另一端，从而产生温差形成冷热端。

超声波雾化片利用电子高频震荡（振该电子振荡对人体及动物无伤害），通过陶瓷雾化片的高频谐振，将液态水分子结构打散而产生自然飘逸的水雾，当水位低于水位开关时，雾化器会自动停止工作。

PTC 加热片采用PTC 陶瓷发热元件与铝管组成。该类型PTC 加热器有热阻小、换热效率高的优点，是一种自动恒温、省电的电加热器。PTC 产品有自动节能的特性，当加热器把环境温度提升后，其功率会逐渐降低，本装置采用5V/50℃、0.3～1W 的加热片。

本装置选择的风扇模块电压5V，电流0.12A，尺寸20mm×20mm×10mm，用来将雾化片产生的水汽扩散至智能烟盒内的各个空间。

■2.4 装置锁定模块

采用超小型化贯穿式电磁铁，输入电压为3V，当其电压小于3V 时电磁铁伸出，装置锁定；当电压大于3V 时，电磁铁收缩，装置解锁。

■2.5 电源电路

选用5V 可充电锂电池，供能相应原件需要降压，采用LDO 电源电路，可以作为线性稳压器，将5V 电压转化输出为3.3V。电源电路原理图如图5 所示。

图5 电源电路原理图

■2.6 主控模块

采用STM32F103C8T6，其小巧、成本低、高性能等优势是对装置进行良好控制的最优选择。

3 应用程序设计

Java 程序语言易于应用和理解，它与其他传统的编程语言手段的不同之处在于Java 编程语言不是对整个程序的结构整体化进行改变，而是进行一个阶段性的编写，模块之间同样是相互之间联结的。Java 语言在其可靠性上的要求较高，通过自己的安全防护机制可以有效防止病毒，这可以使得Java 编程语言能够成为非常安全的编程语言。正是由于Java 以上优点，保证了智能烟盒运行的可行性与稳定性。Java 网络编程系统语言在准确处理软件网络间的信息交换方面同样有着强大的技术优势，在APP 开发应用过程中，看护人不仅能够直接进行实时监督和远程操纵，将APP 可执行性充分发挥提高到最大应用程度，为看护人提供更良好的软件使用交互体验。

应用程序APP 是Android 手机与蓝牙型智能戒烟盒的主要交互途径，本APP 通过蓝牙模块将设备与手机进行连接通讯，接受其传递的电信号并在APP内显示温湿度以及电量百分比。当由APP 控制其锁定时间时，向设备发送电信号控制微型电机进行自锁，由手机自动定时，当时间达到预期，可发送电信号到设备控制微型电机进行解锁。另外具有显示设备的信息、信息记录查询等一系列功能。针对戒烟者自己戒烟容易产生枯燥乏味心理，设计了用户社区交流平台，其中包含个人信息查询、交流中心、未抽烟时长排行榜等功能，不仅可以让戒烟者实现良好的交流，也能促进戒烟者的竞争、正向比较心理，实现共同进步、共同戒烟的目的。其中排行榜功能，我们会定期为周榜月榜年榜排行靠前用户发放奖励，一定程度上促进戒烟者戒烟，手机APP 页面如图6 所示。

图6 手机APP 页面

■3.1 APP 应用权限设置

Java 网络编程系统语言在准确处理软件网络间的信息交换方面有着强大的技术优势，在APP 开发应用过程中，看护人不仅能够直接进行实时监督和远程操纵，将APP 可执行性充分发挥提高到最大应用程度，为看护人提供更良好的软件使用交互体验。软件用户界面进行优化设计和直接获取应用资源与直接使用其他资源，都非常需要应用权限，因为这种权限设定可以对一个应用程序本身起到安全保护的重要作用，就智能戒烟盒APP 开发应用情况来看，在程序命名应用权限能够获取的时候同时还需要能够直接获取其他的一些程序相应应用权限，保证了看护人操作体验的提升等，对戒烟者更好地进行监督。

■3.2 监护人模式

针对戒烟者可能会有懈怠气馁的行为，设计了监护人模式，可以由戒烟者的家人进入此模式，对戒烟设备实行优先级控制，对戒烟者的戒烟时间等一系列行为进行监控及控制。并且其功能与上述相同，由无线网络对戒烟者手机APP 信息进行控制如图7 所示。

图7 监护人模式页面组图

4 结束语

本文设计的基于蓝牙技术的智能戒烟盒，可以对装置的温湿度信息收集，并针对不同的温湿度情况通过控制PTC加热片、半导体制冷片、小风扇等实现理想温湿度环境。由手机蓝牙与设备进行连接，通过手机APP 获取装置信息并进行定时锁定，还具有交流、监护人模式等功能。一定程度地解决了某些戒烟者存在自制力不强、担心香烟浪费的矛盾心理等问题。