本帖最后由 沧海笑1122 于 2021-1-10 20:43 编辑
使用分离式蓝牙gps做一块Twatch运动手表
【前言】 我喜欢跑步，也喜欢极客电子。两个爱好的结合贯穿了这几年的很多玩具。从2017年开始陆续尝试了几个版本的运动手表制作。从一开始基于microduino 644p的硕大手表，到2019年基于esp32的蓝牙运动心率表。尝试了从光电式心率传感器到gps+蓝牙心率带等几种形式。 这次项目有所不同，我设计了一个分离式的经典蓝牙+gps的模块，手表部分则是直接利用TWTACH平台，使用lvgl设计了一个简单漂亮的表盘。这样就构成了一个简单实用，运行良好的蓝牙gps运动手表。首先让我们看一下成品的样子吧。
一、 项目基本情况
早在2017年，我就基于m5stack+gps扩展板，实现了一个运动手表。虽然表盘硕大（50*50mm），戴出去还是很吸引眼球的。除了体积以外，最大的遗憾就是GPS搜星效果不尽如人意。受安装位置所限，当时使用的GPS天线是窄条的矩形天线，反射面积小、搜星效果不理想。这就形成了两难，如果要手表体积小巧，那么将有可能受制于GPS天线的位置和尺寸，从而牺牲搜星用户体验。因此从2019年开始，我尝试了将GPS模块与手表分离的方式。并且在2019年arduino.cn组织的极客竞赛中，提交了一款分离式的蓝牙心率手表。在那款手表中，使用了一对HC-08模块将gps数据传送到esp32侧，从而展示在墨水屏表盘上。由于是分离式GPS，因此搜星效果大大提升。这一版的遗憾仍然是GPS模块和手表的体积都太大。
我从2020年底开始设计新的一版运动手表。这次没有用一对蓝牙模块，而是在GPS侧使用了HC-05模块+GPS的方式，在手表侧选择了Twatch作为平台。利用esp32的经典蓝牙功能，与GPS侧的HC-05建立了数据联络。从而在兼顾搜星效果的前提下，最大限度缩小了手表体积。以下是项目示意图。
二、 硬件准备
| | 名称 | 型号 | 备注 | | 1 | GPS模块 | BN-220 | | | 2 | 蓝牙模块 | HC-05 | 蓝牙2.1 主机模式 | | 3 | 电源管理模块+microusb公头 | | 含充放电管理 | | 4 | GPS模块外壳 | | 3D打印 | | 5 | 锂电池 | | 200毫安时 | | 6 | 手表 TWATCH2020 | | |
三、 软件准备
| | 名称 | 版本 | 备注 | | 1 | Lvgl库for arduino | 7.3.1 | 制作漂亮的UI | | 2 | Arduino Ide | 1.8.13 | | | 3 | BluetoothSerial for esp32 | 1.0 | | | 4 | CodeBlocks | 20.03 | C++ ide，模拟设计lvgl表盘 | | 5 | Tinygps++ | 1.02 | 最好的arduino下的gps解析库 | | 6 | Autodesk Inventor | V2020 | 外壳建模 |
四、 手表端代码部分
- <div style="text-align: left;">//=============================</div><div style="text-align: left;">//date:2020-11-16</div><div style="text-align: left;">//基于lvgl的twatch gps手表</div><div style="text-align: left;">//基本原理：gps传感器+HC-05蓝牙模块，构成了蓝牙传感器，twacth(esp32)使用经典蓝牙与之连接</div><div style="text-align: left;">// 将搜星的卫星数量、运动速度、当前gps时间以及经纬度提取解析，用以分析</div><div style="text-align: left;">// 搜星数量、实时运动速度、累计本次运动时间（分钟）以及本次运动累计里程（公里）</div><div style="text-align: left;">// 使用lvgl进行展示。</div><div style="text-align: left;">//作者：沧海</div><div style="text-align: left;">//参考：1、BluetoothSerial 官方库例题</div><div style="text-align: left;">// 2、TinyGPS++官方库例题</div><div style="text-align: left;">// 3、twatch 官方例题，感谢lewis师兄指导</div><div style="text-align: left;">//=============================</div><div style="text-align: left;">
- </div><div style="text-align: left;">
- </div><div style="text-align: left;">//======库声明及实例</div><div style="text-align: left;">// GPS解析库部分</div><div style="text-align: left;">#include <TinyGPS++.h></div><div style="text-align: left;">//Twatch手表 部分</div><div style="text-align: left;">#include "config.h"</div><div style="text-align: left;">TTGOClass *ttgo;</div><div style="text-align: left;">//蓝牙串口部分</div><div style="text-align: left;">#include "BluetoothSerial.h"</div><div style="text-align: left;">char *pin = "1234"; //建立连接时的密码，否则与hc05连接不上</div><div style="text-align: left;">BluetoothSerial SerialBT;</div><div style="text-align: left;">// 建立 TinyGPS++ object</div><div style="text-align: left;">TinyGPSPlus gps;</div><div style="text-align: left;">
- </div><div style="text-align: left;">//power&irq </div><div style="text-align: left;">AXP20X_Class *power;</div><div style="text-align: left;">bool irq = false;</div><div style="text-align: left;">
- </div><div style="text-align: left;">//=====全局变量声明</div><div style="text-align: left;">//定义gps测距变量</div><div style="text-align: left;">//上一次经纬度、本次经纬度、速度、可用卫星数、时间</div><div style="text-align: left;">float lst_lat, lst_lng, f_lat, f_lng, f_speed, f_sate,f_min,lst_min; </div><div style="text-align: left;">double f_dist; //本次测距的距离</div><div style="text-align: left;">String s_sat; //卫星数量</div><div style="text-align: left;">float my_min; //运动时间</div><div style="text-align: left;">
- </div><div style="text-align: left;">//============控件的全局定义</div><div style="text-align: left;">static lv_obj_t *label5 = NULL;// label控件，显示搜星数量</div><div style="text-align: left;">static lv_obj_t *gauge1 = NULL; //仪表控件以及label子控件，显示实时速度</div><div style="text-align: left;">static lv_obj_t *label3 = NULL;</div><div style="text-align: left;">static lv_obj_t * arc2= NULL;//圆弧控件及label子类，显示累计里程</div><div style="text-align: left;">static lv_obj_t * label2= NULL;</div><div style="text-align: left;">static lv_obj_t * bar1 = NULL;//bar控件及label子类，显示累计运动时间（分钟）</div><div style="text-align: left;">static lv_obj_t * label4 = NULL;</div><div style="text-align: left;">
- </div><div style="text-align: left;">//========= lvgl font声明</div><div style="text-align: left;">LV_FONT_DECLARE(digital_play_st_24);</div><div style="text-align: left;">LV_FONT_DECLARE(robot_light_16);</div><div style="text-align: left;">LV_FONT_DECLARE(quostige_16);</div><div style="text-align: left;">LV_FONT_DECLARE(exninja_22);</div><div style="text-align: left;">
- </div><div style="text-align: left;">static void event_handler(lv_obj_t *obj, lv_event_t event) //实体按钮关断电源</div><div style="text-align: left;">{</div><div style="text-align: left;">if (event == LV_EVENT_CLICKED) {</div><div style="text-align: left;">Serial.printf("Power Off\n");</div><div style="text-align: left;">delay(1000);</div><div style="text-align: left;">ttgo->shutdown(); //立即关断电源</div><div style="text-align: left;">} else if (event == LV_EVENT_VALUE_CHANGED) {</div><div style="text-align: left;">}</div><div style="text-align: left;">}</div><div style="text-align: left;">
- </div><div style="text-align: left;">
- </div><div style="text-align: left;">void setup()</div><div style="text-align: left;">{</div><div style="text-align: left;">//手表初始化</div><div style="text-align: left;">ttgo = TTGOClass::getWatch();</div><div style="text-align: left;">ttgo->begin();</div><div style="text-align: left;">ttgo->openBL();</div><div style="text-align: left;">ttgo->lvgl_begin();</div><div style="text-align: left;">power = ttgo->power;</div><div style="text-align: left;">//串口以及蓝牙串口初始化</div><div style="text-align: left;">Serial.begin(9600);</div><div style="text-align: left;">SerialBT.setPin(pin);//在新的ble库里，需要此句有效</div><div style="text-align: left;">SerialBT.begin("twatch"); //Bluetooth device name</div><div style="text-align: left;">
- </div><div style="text-align: left;">//attachInterrupt button</div><div style="text-align: left;">pinMode(AXP202_INT, INPUT_PULLUP);</div><div style="text-align: left;">attachInterrupt(AXP202_INT, [] {</div><div style="text-align: left;">irq = true;</div><div style="text-align: left;">}, FALLING);</div><div style="text-align: left;">// Must be enabled first, and then clear the interrupt status,</div><div style="text-align: left;">// otherwise abnormal</div><div style="text-align: left;">power->enableIRQ(AXP202_PEK_SHORTPRESS_IRQ,</div><div style="text-align: left;">true);</div><div style="text-align: left;">
- </div><div style="text-align: left;">// Clear interrupt status</div><div style="text-align: left;">power->clearIRQ();</div><div style="text-align: left;">
- </div><div style="text-align: left;">//数字以及颜色字体等初始化</div><div style="text-align: left;">static lv_style_t num_style;</div><div style="text-align: left;">lv_style_init(&num_style);</div><div style="text-align: left;">lv_style_set_text_color(&num_style, LV_STATE_DEFAULT, LV_COLOR_BLUE);</div><div style="text-align: left;">lv_style_set_text_font(&num_style, LV_STATE_DEFAULT, &exninja_22);</div> <div style="text-align: left;">
- </div><div style="text-align: left;">
- </div><div style="text-align: left;">/*建立一个label用于显示搜星数量 */</div><div style="text-align: left;">label5 = lv_label_create(lv_scr_act(), NULL); //在画布，建立这个label5，用于显示搜星数量</div><div style="text-align: left;">lv_obj_align(label5,NULL, LV_ALIGN_CENTER, -30, -90); //设置label5的位置，画布左上角</div><div style="text-align: left;">
- </div><div style="text-align: left;">
- </div><div style="text-align: left;">/* 创建速度仪表gauge（跑速表）*/</div><div style="text-align: left;">static lv_color_t needle_colors[1]; //指针数组</div><div style="text-align: left;">needle_colors[0] = LV_COLOR_BLUE; //指针为蓝色</div><div style="text-align: left;">gauge1 = lv_gauge_create(lv_scr_act(), NULL); //在画布上，新建一个跑速表，命名为gauge1</div><div style="text-align: left;">
- </div><div style="text-align: left;">lv_gauge_set_needle_count(gauge1, 1, needle_colors);//设置其指针颜色，此例中为蓝色</div><div style="text-align: left;">lv_obj_set_size(gauge1, 110, 120); //设置跑速表在画布上的尺寸</div><div style="text-align: left;">lv_gauge_set_range(gauge1,0,10); //设置跑速表的测量范围，默认是0~100，此处用于跑步速度，所以根据本人的实际情况，设置为0~10</div><div style="text-align: left;">lv_gauge_set_critical_value(gauge1,9); //设置跑速表警示区域，从8开始</div><div style="text-align: left;">lv_obj_align(gauge1, NULL, LV_ALIGN_CENTER, -60, 0); //设置跑速表在画布中的位置</div><div style="text-align: left;">
- </div><div style="text-align: left;">//====设置一个仪表的子类label3</div><div style="text-align: left;">label3 = lv_obj_get_child(gauge1, NULL); //在跑速表中设置一个子类，label3</div><div style="text-align: left;">label3 = lv_label_create(gauge1, label3); //在跑速表的显示区域，建立这个label3</div><div style="text-align: left;">lv_obj_add_style(label3, LV_OBJ_PART_MAIN, &num_style);</div><div style="text-align: left;">lv_obj_align(label3, gauge1, LV_ALIGN_CENTER, 0, 40); //设置label3在跑速表中的位置</div><div style="text-align: left;">
- </div><div style="text-align: left;">//-----设置arc2 显示里程</div><div style="text-align: left;">arc2 = lv_arc_create(lv_scr_act(), NULL); //在画布上建立一个arc对象，名字是arc2</div><div style="text-align: left;">lv_obj_set_size(arc2, 110, 120); //设置arc的显示尺寸</div> <div style="text-align: left;">
- </div><div style="text-align: left;">//label2子类</div><div style="text-align: left;">label2 = lv_obj_get_child(arc2, NULL); //在arc2中设置一个子类，名字是label2，这个子类是显示在arc里面的</div><div style="text-align: left;">label2 = lv_label_create(arc2, label2); //在arc2的显示区域内，设立这个label2</div><div style="text-align: left;">lv_obj_align(label2, arc2, LV_ALIGN_CENTER, 0, 0); //设置label2在arc2里面的对齐方式。</div><div style="text-align: left;">lv_obj_align(arc2, NULL, LV_ALIGN_CENTER, 55, 0); //设置arc2在画布上的对齐方式。</div><div style="text-align: left;">
- </div><div style="text-align: left;">//显示累计运动时间</div> <div style="text-align: left;">
- </div><div style="text-align: left;">bar1 = lv_bar_create(lv_scr_act(), NULL);</div><div style="text-align: left;">lv_obj_set_size(bar1, 170, 20);</div><div style="text-align: left;">lv_obj_align(bar1, NULL, LV_ALIGN_CENTER, 0, 90);</div><div style="text-align: left;">//// /*Set the lables*/////</div><div style="text-align: left;">label4 = lv_obj_get_child(bar1, NULL); //在bar中设置一个子类，label4</div><div style="text-align: left;">label4 = lv_label_create(bar1, label4); //在bar的显示区域，建立这个label4</div><div style="text-align: left;">lv_obj_align(label4, bar1, LV_ALIGN_CENTER, 65,0); //设置label4在bar中的位置</div><div style="text-align: left;">
- </div> <div style="text-align: left;">
- </div><div style="text-align: left;">//建立一个任务函数，每隔3000ms，执行一次任务</div><div style="text-align: left;">lv_task_create(printsats_task, 3000, LV_TASK_PRIO_MID,nullptr);</div><div style="text-align: left;">
- </div><div style="text-align: left;">// Set 20MHz operating speed to reduce power consumption</div><div style="text-align: left;">setCpuFrequencyMhz(20);</div><div style="text-align: left;">}</div><div style="text-align: left;">
- </div><div style="text-align: left;">
- </div><div style="text-align: left;">void loop()</div><div style="text-align: left;">{</div><div style="text-align: left;">lv_task_handler(); //调用lvgl定期任务</div><div style="text-align: left;">delay(5);</div><div style="text-align: left;">if (millis() > 5000 && gps.charsProcessed() < 10)</div><div style="text-align: left;">Serial.println(F("No GPS data received: check wiring"));</div><div style="text-align: left;">
- </div><div style="text-align: left;">// Wait for the power button to be pressed</div><div style="text-align: left;">while (irq) {</div><div style="text-align: left;">delay(1000);</div><div style="text-align: left;">power->clearIRQ();</div><div style="text-align: left;">ttgo->shutdown(); //立即关断电源</div><div style="text-align: left;">
- </div><div style="text-align: left;">}</div><div style="text-align: left;">
- </div> <div style="text-align: left;">
- </div><div style="text-align: left;">}</div><div style="text-align: left;">
- </div><div style="text-align: left;">
- </div><div style="text-align: left;">// This custom version of delay() ensures that the gps object</div><div style="text-align: left;">// is being "fed".</div><div style="text-align: left;">static void smartDelay(unsigned long ms)</div><div style="text-align: left;">{</div><div style="text-align: left;">unsigned long start = millis();</div><div style="text-align: left;">do </div><div style="text-align: left;">{</div><div style="text-align: left;">while (SerialBT.available())</div><div style="text-align: left;">gps.encode(SerialBT.read());</div><div style="text-align: left;">} while (millis() - start < ms);</div><div style="text-align: left;">}</div><div style="text-align: left;">
- </div><div style="text-align: left;">void printsats_task(lv_task_t * task) //定期执行的任务</div><div style="text-align: left;">{</div><div style="text-align: left;">//========显示卫星数量</div><div style="text-align: left;">int val_sats=gps.satellites.value(); //卫星数量解析后赋值给val_sats</div><div style="text-align: left;">Serial.println(val_sats);</div><div style="text-align: left;">//int val_sats =random(3, 12) ;//调试中使用一个3~12之间的随机数，模拟卫星数量，正式运行注释掉</div><div style="text-align: left;">String s_sat=String(val_sats); //将Int转换为string</div><div style="text-align: left;">String temp = String(LV_SYMBOL_GPS) +" "+ s_sat; //将GPS符号与搜星数量合并为一个string</div><div style="text-align: left;">const char* c_sat = temp.c_str();//c_sat即为合并后并且转换的结果 const char c_sat</div><div style="text-align: left;">lv_label_set_text(label5,c_sat);//给label5赋值，这个数值为搜星的卫星数量，动态数据，来自gps</div><div style="text-align: left;">//同时旁边带一个gps的符号</div><div style="text-align: left;">
- </div><div style="text-align: left;">//==========显示实时速度</div><div style="text-align: left;">float f_speed= gps.speed.kmph(); //实际运行时改为此句</div><div style="text-align: left;">//float f_speed=float(random(10, 100)/10) ;//使用一个0~10之间的随机数，模拟跑步速度</div> <div style="text-align: left;">
- </div><div style="text-align: left;">lv_gauge_set_value(gauge1, 0,f_speed); //赋值，这个数值在运行中，从gps读取即时速度</div><div style="text-align: left;">String s_speed=String(f_speed); //将传递过来的Int转换为string</div><div style="text-align: left;">const char* c_speed = s_speed.c_str();//c_speed转换的结果 const char c_speed</div><div style="text-align: left;">lv_label_set_text(label3 ,c_speed); //给label3赋值，这个数值与跑速表上的指针位置是一个数值，来自gps的speed</div><div style="text-align: left;">
- </div> <div style="text-align: left;">
- </div><div style="text-align: left;">//===========显示累计里程</div><div style="text-align: left;">//=====计算里程</div><div style="text-align: left;">f_lat=gps.location.lat();</div><div style="text-align: left;">f_lng=gps.location.lng();</div><div style="text-align: left;">if (lst_lat == 0) {</div><div style="text-align: left;">f_dist = f_dist;</div><div style="text-align: left;">}</div><div style="text-align: left;">else</div><div style="text-align: left;">{</div><div style="text-align: left;">f_dist = f_dist + gps.distanceBetween(f_lat, f_lng, lst_lat, lst_lng) / 1000;</div><div style="text-align: left;">Serial.println(f_dist);</div><div style="text-align: left;">}</div><div style="text-align: left;">lst_lat = f_lat;//计算后，将现坐标赋值为前坐标，下同</div><div style="text-align: left;">lst_lng = f_lng;</div> <div style="text-align: left;">
- </div> <div style="text-align: left;">
- </div><div style="text-align: left;">//float f_dist=float(random(10, 100)/10) ;//使用一个0~10之间的随机数，模拟跑步速度，实际使用时此句删除</div><div style="text-align: left;">lv_arc_set_angles(arc2, 0, 36*f_dist); //设置arc2的圆弧的角度值，这个值在运行中，将从里程里面取数，然后折算成角度</div><div style="text-align: left;">//按照累计10公里，360度计算，每公里约36度。</div><div style="text-align: left;">String s_dist=String(f_dist); //将传递过来的Int转换为string</div><div style="text-align: left;">const char* c_dist = s_dist.c_str();//c_speed转换的结果 const char c_dist</div><div style="text-align: left;">lv_label_set_text(label2 ,c_dist); //给label3赋值，这个数值与跑速表上的指针位置是一个数值，来自gps距离累加</div><div style="text-align: left;">// lv_label_set_text(label2 ,"3.5"); //赋值，这个值在运行中是更新的，从里程里面取数，与圆弧的角度是关联的。 </div> <div style="text-align: left;">
- </div><div style="text-align: left;">//===========显示累计运动时间</div><div style="text-align: left;">f_min=gps.time.hour()*60+gps.time.minute()+gps.time.second()/60;</div><div style="text-align: left;">if (lst_min == 0) {</div><div style="text-align: left;">my_min = my_min;</div><div style="text-align: left;">}</div><div style="text-align: left;">else</div><div style="text-align: left;">{</div><div style="text-align: left;">my_min = my_min + f_min-lst_min;</div><div style="text-align: left;">}</div><div style="text-align: left;">lst_min = f_min;//计算后，将现分钟数存为原分钟数</div> <div style="text-align: left;">
- </div> <div style="text-align: left;">
- </div><div style="text-align: left;">//float f_min=float(random(10, 600)/10) ;//使用一个0~60之间的随机数，模拟跑步速度</div><div style="text-align: left;">lv_bar_set_value(bar1, my_min*100/60, LV_ANIM_OFF);//设置bar的值，这个值在运行中，将从gps时间里面取数，然后折算value</div><div style="text-align: left;">//按照累计60分钟，100计算，每分钟约100/60。</div><div style="text-align: left;">String s_min=String(my_min); //将传递过来的Int转换为string</div><div style="text-align: left;">const char* c_min = s_min.c_str();//c_min转换的结果 const char c_min</div><div style="text-align: left;">lv_label_set_text(label4 ,c_min); //给label4赋值，这个数值与bar上的value位置是一个数值，来自gps的时间累计</div><div style="text-align: left;">
- </div> <div style="text-align: left;">
- </div><div style="text-align: left;">smartDelay(0);</div><div style="text-align: left;">}</div>
五、 制作过程
（一） 蓝牙GPS模块的制作
蓝牙gps部分由三个配件组成：一是gps模块，我选用了一款比较小巧的gps模块，陶瓷天线一体；二是蓝牙模块，使用汇承HC-05主从一体模块，带底板，需要将其设置为主机模式。三是电源管理模块以及microusb公头，带一个精巧的按键，通过单击唤醒、双击关断电源，非常友好。输出为5V。电池选用200毫安时锂聚合物电池。虽然体积和容量都不大，但是待机时间实测2小时左右，可以满足一次跑步的能量。
将各个部分连接好，并且进行测试后，方可进入焊接环节。因为连线比较少，使用飞线将其焊接即可。在焊接结束后，用热熔胶将各个部分固定。这样做的目的，一是在跑步过程中，各个部件结合比较紧密，不易松动。二是便于测绘，确定尺寸后，用于外壳的3D建模。
（二） 手表部分：
Twatch2020是LILYGO出品的一个很不错的智能穿戴的极客平台，主控是esp32（Flash16MB，Psram 8MB）；显示屏是一块1.54寸的LCD触摸屏（屏幕分辨率：240*240）。通过触摸屏以及一个实体按钮进行人机交互。表盘的长宽分别是34.73mm和42.36mm，整个尺寸就是一块正常手表的尺寸。因为我们利用了esp32的蓝牙功能（非ble，而是经典蓝牙）所以在手表端就不用考虑外接蓝牙模块。手表端主要的设计功能是表盘以及gps数据的解析与展示。
1、 关于表盘设计 表盘主要有四个主要信息 （1） 搜星数量：用以观察GPS模块是否正常工作。 （2） 累计运动时间：观察本次运动的时间，单位是分钟，使用lvgl的bar组件，用一条进度棒表达累计运动时间。 （3） 累计运动里程：单位是公里。使用lvgl的arc组件，用一段圆弧显示运动里程。 （4） 实时运动速度。使用lvgl的码表组件，看上去像一个车辆的速度表。 表盘设计过程中，使用CodeBlocks进行模拟设计，这样可以减少对arduino ide的编译、下载等迭代过程，大大提升设计效率。
2、 运动手表主要功能 在接收到gps发来的数据后，经过tinygps++库的解析，形成了搜星数量、累计运动时间、累计运动里程（公里）以及运动时速等信息。受表盘限制，将跑步运动比较常用的累计运动时间、里程以及时速放在显示区比较合理的位置，比如运动时速一般跑步我的速率在6~8公里，就将这个速度放在比较合适的显示位置、便于观察。 程中建立了lvgl定期调度的任务，每隔一段时间（我设计了3秒）就运行一次任务，完成gps数据解析至表盘展示的工作。
（三） 蓝牙GPS模块的调试 第一步：HC-05模块+usbtll与PC连接 使用一个usbtll与HC-05连接，然后使用PC的串口调试工具，观察HC-05工作是否正常。 第二步：对HC-05的设置，设置为主机模式，手表端的esp32将作为从机与其相连。 我使用的HC-05上由一个key按键，可以切换AT设置模式或者蓝牙运行模式。注意：AT方式下的波特率是38400bps。 按照以下顺序设置HC-05： 1 AT+ORGL # 恢复出厂模式 2 AT+NAME = hc05 # 设置蓝牙名称 3 AT+ROLE=1 # 设置蓝牙为主模式 4 AT+PSWD=1234 # 与ESP32密码一致 5 AT+INIT #初始化SPP规范库便于查询周边信号 这一步操作时，需要按动key键，设置后，注意通过led闪动观察模块是否还在AT模式，否则后续操作无法进行
4 AT + BIND = <ESP32地址> #绑定ESP32蓝牙地址 5 AT + PAIR = <ESP32地址> #与ESP32配对 6 AT + LINK = <ESP32地址> #与ESP32连接 7 AT+CMODE=0 # 设置蓝牙只与绑定地址连接
关于这一步操作，为了使这个蓝牙GPS模块通用，我就将此功能设置为： AT+CMODE=1 # 设置蓝牙不与特定绑定地址连接，这样就可以方便地与M5STACK以及其他esp32设备进行交互。此处玩家可以根据自己的需要进行设置。 另外，关于HC-05波特率默认9600，玩家可以自行设置，因为我的GPS模块就是9600，所以此处我没有做调整。 第三步：加上gps之后，通过PC实现的联调 此步骤目的是验证HC-05与GPS的连接以及工作正常。将蓝牙模块HC-05与GPS模块、电源模块以及锂电池连接后，实现与PC端（通过另外一片HC-05从机模块）联调，从PC端接收到HC-05+GPS发送来的数据，这一步就算成功了。 第四步：使用gps真实数据与Twatch手表联调。 因为arduino ide的编译和下载速度比较慢。所以我一般是使用PC的串口工具，模拟定时发送（约间隔3秒）给twatch手表发送模拟gps数据，同时观察twatch端的gps数据解析是否正常，然后进行相应调整。在此步骤完成后，会对整个系统进行联调。 综上所述，这个小玩具比较简单。主要知识点就是蓝牙模块的设置、与GPS的连接以及GPS数据的解析。我采用了分步调试，在分步调试都正常的情况下，进行整体联调。成功率比较高，事半而功倍。
（四） 蓝牙GPS模块外壳的设计 使用Autodesk的inventor 2020进行建模以及装配模拟。外壳分两部分顶板以及底壳。可以装配在帽子上，这样，GPS天线就可以保持最大限度朝向天空。在底壳设计时，考虑了两个5mm的内柱，预埋了直径4mm的铜镶嵌件作为螺母，用直径3mm的螺丝将模块固定至帽子上。需要在帽舌正面开两个3mm的孔。
六、 路测以及使用情况 - 跑步路测情况：在户外打开蓝牙gps模块电源，尽量在开阔地，将模块天线部分朝向天空，打开手表电源。看到搜星数量发生变化（非0）后，系统即可正常工作，根据天气、周边障碍物的情况，搜星时间从几分钟到十几分钟不等。总体还是可以接受。在跑步开始后，可以观察到手表端的四组数据都开始发生变化。
- 车辆路测情况：虽然这是一块运动手表，我还是带到汽车上进行了一次车辆驾驶的测试。结果也正常，只是距离和速度等数据在表盘上都会溢出。但是数字部分还是正常显示。
【后记】
至此，一块2020版的蓝牙运动手表就完成了。蓝牙模块部分整体重量28克（连同外壳），还有优化空间，如果自己绘制PCB，那么各个部件的集成度可以大幅缩减，留待后续进行提升吧。Twatch还有一款手表，带有TF卡槽，我在2017年曾经在m5stack的basic平台上写过一个gps轨迹存储的功能，下一步也可以移植到这里。这样可以跑步结束后，离线观察运动轨迹、运动中的速度变化等。如果加上ble心率，还可以观察心率变化过程，相当于一份简单的运动日志。
关于智能穿戴的体积和待机，一直都是非常两难的话题。从上一版开始，我就想尝试将传感器（如gps）与穿戴分离，降低穿戴的重量。丰富传感器接入的范畴，比如小米和intel合作的一款跑鞋，里面也带有一个ble采集传感器，可以将步幅、速度、姿态等数据上送至专用APP，只可惜是专用的ble协议，否则这样的传感器也有希望接入到esp32中。那么手表就成了一个汇集各个传感器的hub以及处理展示中心。在不改变其体积的情况下，尝试更加丰富的玩法。
在制作过程中，手表以及lvgl部分得到了lewis师兄的指点，也参考了来自因特网的一些帖子，比如：经典蓝牙与esp32的连接，给了我很多启发，在此一并致谢。
感谢arduino.cn给我们提供这样交流的平台。 在大寒和小寒之间，整理了这个帖子。 寒冬凛冽，春天即在眼前。 沧海抱拳。
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发表于 2021-1-10 20:28
发表于 2021-1-13 09:32
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