智能配对墨镜：Arduino 101 + tinyTILE BLE 实现眼神交流信号

元器件清单

所需工具

• 3D 打印机 (打印镜框)
• 电烙铁 (焊接)

所需软件

• Arduino IDE
• Arduino Web Editor

项目理念

不使用手机 APP，而是通过蓝牙低功耗 (BLE) 直接在两副墨镜间建立连接。当一方按下按钮表达好感时，双方墨镜镜片同时从不透明(墨镜状态)变为透明，实现"眼神接触"的物理隐喻。主控端作为 BLE Central，从机端作为 Peripheral，按钮触发中央写入特征值，外设响应改变镜片状态。

开发阶段

1. 先用两块 Arduino 101 + LED 验证 BLE 通信逻辑
2. 外设端参考 CurieBLE → Peripheral → LED 例程，注意将 HIGH/LOW 取反 (因 LCD 光阀逻辑相反)
3. 中央端参考 CurieBLE → Central → LEDControl，添加 LCD 控制代码
4. 迁移到 tinyTILE (Arduino 101 迷你版，同款 Curie 芯片)，替换 LED 为 LCD 光阀

3D 打印镜框

基于 Adafruit 教程的镜框模型重新设计 (SolidWorks)，提供两款造型：

• Heart (心形)：主控端，佩戴者主动发起
• Universe (宇宙)：从机端，等待被唤醒

模型文件见项目附件，可根据面部尺寸微调。作者建议使用水溶性支撑材料或光固化打印机以减少后处理。

组装焊接

参考 Adafruit 原教程的布线、焊接、安装指南。关键点：

• 导线长度预留准确，避免过长/过短
• tinyTILE 体积小，焊接需耐心
• LCD 光阀驱动需施加交流电压 (代码中通过 PWM 模拟)
• 电池、开关、充电接口布局紧凑

工作演示

• 上电后：两副墨镜均为深色 (施加电压，LCD 光阀不透明)
• 主控端按下按钮：主控镜片变透明 (切断电压)，同时通过 BLE 通知从机
• 从机收到指令：镜片同步变透明
• 释放按钮：双方恢复墨镜状态
• 有效距离：室内测试约 15 步 (BLE 典型范围)

Heart (主控) ："I like your sophisticated mind <3"
Universe (从机) ："I see you. Let's talk."

核心代码 (中央端按钮控制)

/*
 * Copyright (c) 2016 Intel Corporation. All rights reserved.
 * BLE Central - LCD 控制 (基于 CurieBLE LEDControl 例程修改)
 */
#include 

// 按钮引脚
const int buttonPin = 3;
int oldButtonState = LOW;
// LCD 控制引脚 (中央端)
const int ledPin = 5; 

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(buttonPin, INPUT);
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  
  BLE.begin();
  Serial.println("BLE Central - LCD control");
  
  // 扫描指定 UUID 的外设
  BLE.scanForUuid("19b10000-e8f2-537e-4f6c-d104768a1214");
}

void loop() {
  BLEDevice peripheral = BLE.available();
  if (peripheral) {
    // 发现外设
    Serial.print("Found ");
    Serial.print(peripheral.address());
    Serial.print(" '");
    Serial.print(peripheral.localName());
    Serial.print("' ");
    Serial.println(peripheral.advertisedServiceUuid());
    
    BLE.stopScan();
    controlLed(peripheral);
    
    // 断开后重新扫描
    BLE.scanForUuid("19b10000-e8f2-537e-4f6c-d104768a1214");
  }
}

void controlLed(BLEDevice peripheral) {
  Serial.println("Connecting ...");
  if (!peripheral.connect()) {
    Serial.println("Failed to connect!");
    return;
  }
  Serial.println("Connected");
  
  Serial.println("Discovering attributes ...");
  if (!peripheral.discoverAttributes()) {
    Serial.println("Attribute discovery failed!");
    peripheral.disconnect();
    return;
  }
  Serial.println("Attributes discovered");
  
  // 获取 LED 特征值 (实际控制 LCD 光阀)
  BLECharacteristic ledCharacteristic = peripheral.characteristic("19b10001-e8f2-537e-4f6c-d104768a1214");
  if (!ledCharacteristic || !ledCharacteristic.canWrite()) {
    Serial.println("Peripheral does not have writable LCD characteristic!");
    peripheral.disconnect();
    return;
  }
  
  while (peripheral.connected()) {
    int buttonState = digitalRead(buttonPin);
    if (oldButtonState != buttonState) {
      oldButtonState = buttonState;
      if (buttonState) { // 按下
        Serial.println("button pressed");
        ledCharacteristic.writeByte(0x01); // 发送 0x01 → 透明
        digitalWrite(ledPin, LOW);         // 本地 LCD 也透明
      } else { // 释放
        Serial.println("button released");
        ledCharacteristic.writeByte(0x00); // 发送 0x00 → 不透明
        digitalWrite(ledPin, HIGH);        // 本地 LCD 恢复墨镜
      }
    }
  }
  Serial.println("Peripheral disconnected");
}

外设端代码要点

参考 CurieBLE → Peripheral → LED 例程，修改：

• UUID 保持一致：Service `19b10000-...`，Characteristic `19b10001-...`
• 特征值可写、可读
• 收到 `0x01` → LCD 透明 (输出 LOW)；收到 `0x00` → LCD 不透明 (输出 HIGH)
• 引脚分配：Central 用 D3(按钮)、D5(LCD)；Peripheral 用 D6(LCD)

原理图

未来展望

• 替代按钮：手势识别 (IMU)、点头检测、心率同步
• 多设备群组配对：派对破冰游戏
• 集成骨传导耳机：配对后自动建立语音通道
• 迁移至 nRF52840 / ESP32-C3 等现代 BLE SoC