HUG——远程互动不倒翁

摘要：在2012年国际大学生物联网创新创业大赛上，西北工业大学机电学院微纳米小精灵创新基地的作品HUG以其新奇的设计和独特的理念获得了大赛最高奖项。HUG是一对远程互动型不倒翁玩具，触摸和摇晃不倒翁体，即可控制不倒翁内部灯发出不同颜色和频率的光，并可以远程控制另一个不倒翁同步发光。对着不倒翁体特定部位吹气，还可以熄灯。
关键词：iCAN；远程互动；不倒翁；物联网

    在2012年国际大学生物联网创新创业大赛上，来自于西北工业大学机电学院微纳米小精灵创新基地的作品HUG以其新奇的设计，“无处不在的温情”的独特理念，获得了大赛最高奖项。
    HUG是一对远程互动型不倒翁玩具，触摸和摇晃不倒翁体即可以控制不倒翁内部的灯发出不同颜色和频率的光，并且可以远程控制另一个不倒翁同步发光。对着不倒翁体特定部位吹气，还可以使灯熄灭。图1所示是其实物示意图。

    HUG时尚有趣、物美价廉，特别适合情侣使用。

1 工作原理
    本产品可实现两个不倒翁之间的情感互动，主要采用不同颜色和亮度的LED光来表现。因此，每个HUG可以划分成几个模块：不倒翁体、控制模块、存储模块、传感模块、呈现模块、通信模块。整个系统由控制模块进行协调控制，传感模块由多种传感器组成，用于采集温度、湿度等环境信息，呈现模块用来呈现不同光的信息，通信模块可建立两个不倒翁之间的唯一联系，实现不倒翁之间各种信息的传递。图2所示为HUG的系统结构图。

1．1 控制模块
    控制模块主要用于整个系统的协调控制，设计采用单片机C8051F340等芯片作为核心控制器，该控制器包含I／O口、AD模块、I2C总线、SPI总线、UART、PWM等外设。因此，可以用于进行传感模块数据的采集和处理，存储模块的存储或读取，数据的通讯以及LED显示方式的选择等。
1．2 传感模块
    传感模块主要用来传递情感信息，包括人体的触摸动作、温度等信息。因此，采用的传感器有能检测人体触摸动作的触摸屏、接近式传感器、人体红外传感器等，检测HUG晃动或者摆动的加速度计，以及检测温度的热敏电阻等。
    设计采用Intersil公司提供的ISL29021接近式传感器，用于检测人体是否靠近或者触摸，该传感器采用红外发射接收方式。当物体靠近传感器时，红外线在物体表面反射，被传感器检测识别，并通过I2C总线方式与单片机进行数据交互。
    系统采用MAXIM公司提供的MXC6225XU加速度计进行HUG的晃动或者摆动检测，该传感器可以检测X轴和Y轴的方向。单片机通过I2C与加速度计进行数据交互，以实现位置的判定。
    温度检测采用DALLAS公司提供的DS18B20，该芯片的精度可达到0．5℃。单片机通过I／O口进行数据读取，达到温度检测之目的。
    湿度传感器可对环境进行湿度检测，该传感器获取的信号为模拟信号，需要经信号调理回路输送给单片机的AD模块进行采样。
1．3 呈现模块
    呈现模块主要用来呈现LED信息，表现为灯光的闪烁、颜色等变化。本系统中采用LED专用驱动芯片CH452来对灯光进行控制，具体包括以下几个方面：
    (1)人体靠近一段时间，点亮固定颜色的LED灯；
    (2)在四个方向晃动或者摆动HUG时，可以切换LED灯的高亮、模糊暗、快闪、慢闪四种模式；
    (3)在同一个方向连续晃动或者摆动两次，可以切换灯的颜色，在黄色模式下，则可以切换到循环自动闪模式；
    (4)面向HUG，轻轻吹气，可以熄灭LED灯。
1．4 存储模块
    存储模块主要用于传感模块获得的信息或者是控制模块处理的数据，本设计采用FLASH进行数据存储。
1．5 通讯模块
    该模块是实现HUG之间互动最关键的一步，系统采用NORDIC公司提供的nRF24LU1进行HUG之间的通讯。例如，当人体靠近HUG—A并向前摆动时，LED灯点亮白色，HUG—B通过通讯模块通讯，同时显示相同的模式；如果HUG—B在四个方向摆动，则可以进行四种模式的选择，HUG-A也可以进行相应的切换，以达到互动的效果。

2 创新点
    本产品通过传感器技术、无线通信技术、运动控制技术，可实现远程动作、温度、光、声音的互动。多种形式的回应让互动变得更加有趣，意义更加深远。
    产品外形美观，设计精巧，使用简单方便。内置智能电源管理系统，节省电力。采用无线技术摆脱了通信线路的束缚，携带更加方便。
    采用成对不同性别的设计，一方面突显“成双成对”的温情感官，另一方面，也能无形中扩大使用人群，为产品的影响力和想要传递的人文理念提供基础。

3 市场前景
    本产品酷炫、新颖、趣味性强，使用方便，小巧美观，特别适合情侣、朋友、亲人之间的远程互动，联络感情，也可以作为近距离的互动型创意玩具。
    市场上类似产品很少，大多仍处于概念产品阶段，市面上很难买到。同时，HUG在比赛之后，得到了媒体的广泛报道，有很多朋友询问这两款产品的购买方式，因此，此类产品市场较好，竞争对手较少，利于大力占据市场份额。
    另外，本产品成本较低，价格低廉。量产后，有极高的性价比，利于占领市场。
    目前还没有类似的产品专利，本产品已申请专利保护。