如何使用粒子B系列SoM構(gòu)建實時大象跟蹤系統(tǒng)

時間：2025-03-13 16:11:25

關(guān)鍵字： B-SoM模塊 GPS 蜂窩物聯(lián)網(wǎng) LED

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[導(dǎo)讀]本項目演示了如何使用粒子B系列SoM構(gòu)建實時大象跟蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以對大象進行實時GPS跟蹤，并實施地理圍欄，如果大象離開了預(yù)定義的邊界，就通知護林員。數(shù)據(jù)顯示在與OpenStreetMap集成的web界面上，并存儲在Firebase中進行分析。

我們的物聯(lián)網(wǎng)項圈可以實時跟蹤大象，通過GPS、地理圍欄和即時警報確保安全。

本項目演示了如何使用粒子B系列SoM構(gòu)建實時大象跟蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以對大象進行實時GPS跟蹤，并實施地理圍欄，如果大象離開了預(yù)定義的邊界，就通知護林員。數(shù)據(jù)顯示在與OpenStreetMap集成的web界面上，并存儲在Firebase中進行分析。

動機

我們當(dāng)?shù)匾幻?0歲的男子因一頭野象襲擊而不幸喪生，這一事件深深震撼了我們的社區(qū)。這一令人心碎的事件并不是孤立的;它反映了人象沖突日益嚴重的全球危機，威脅著人類的生命和這些雄偉動物的生存。這種沖突正變得越來越頻繁，突出表明迫切需要創(chuàng)新的解決辦法，以減輕這些沖突并促進共存。

在世界上許多地區(qū)，人象沖突已達到令人震驚的程度，往往造成毀滅性后果，如作物被毀、財產(chǎn)損失以及人和動物的生命損失。例如:

?在斯里蘭卡，每年約有70人和300頭大象死于沖突。

?在肯尼亞，大象經(jīng)常誤入村莊尋找食物，導(dǎo)致財產(chǎn)損失和死亡。

?在泰國，快速的城市化和棲息地的喪失加劇了人象沖突，危及社區(qū)和野生動物。

這些事件突出表明，迫切需要以可持續(xù)和人道的方式解決人象沖突。該項目旨在通過開發(fā)以先進物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為動力的大象跟蹤和地理圍欄系統(tǒng)，為實現(xiàn)這一目標做出貢獻

關(guān)鍵特性

?實時跟蹤：從B系列SoM連續(xù)獲取GPS數(shù)據(jù)。

?地理圍欄：定義圓形邊界(緯度、經(jīng)度和半徑)。如果大象離開了這個邊界，通知它。

?可持續(xù)動力：由太陽能電池板供電，可擴展現(xiàn)場操作。

粒子B系列SoM的建立

B-SoM模塊是該項目的核心，為蜂窩物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用量身定制。它是Particle的旗艦物聯(lián)網(wǎng)模塊，旨在與Particle物聯(lián)網(wǎng)平臺即服務(wù)(Platform-as-a-Service)無縫協(xié)作，該服務(wù)可為多達100臺設(shè)備提供免費使用。此外，它還包括全球嵌入式SIM卡和數(shù)據(jù)計劃，確保全球可靠的蜂窩連接。

我們特別為這個項目選擇了B524 SoM，因為它具有強大的蜂窩連接，因為Wi-Fi在偏遠的野生動物地區(qū)是不可行的選擇。蜂窩功能可確保不間斷通信，即使在其他連接選項不可用的室外環(huán)境中也是如此。

為了充分利用B524 SoM的能力，M.2評估板是一個必不可少的工具。該分斷板簡化了開發(fā)并簡化了原型設(shè)計，使無縫訪問模塊的全部潛力成為可能。該板包括用于nRF52840 MCU和蜂窩調(diào)制解調(diào)器的USB端口，SD卡連接器，以太網(wǎng)連接器，桶插孔電源連接器，按鈕，RGB LED，充電狀態(tài)LED和LiPo電池連接器(不包括電池)。

以下是我們?nèi)绾螌524 SoM連接到評估板。

?將蜂窩天線連接到SoM上標有CELL的U.FL連接器上。這一步對于實現(xiàn)可靠的蜂窩連接至關(guān)重要。

?將B524 SoM與Eval板上的M.2 NGFF連接器對齊。

?小心地將模塊插入連接器，確保模塊正確插入。

?使用eval board套件中提供的螺釘固定模塊，以防止移動或斷開。

要利用B524 SoM與粒子平臺的全部功能，您需要設(shè)置您的粒子。IO帳戶和配置您的設(shè)備。請遵循以下步驟：

1. 訪問粒子設(shè)置網(wǎng)站：

打開瀏覽器，進入setup.particle.io。

2. 登錄您的粒子帳戶：

如果您已經(jīng)有一個帳戶，請輸入您的憑據(jù)并登錄。

如果你沒有帳戶，按照注冊過程創(chuàng)建一個。

3. 選擇您的設(shè)備：

在設(shè)置頁面上，通過將Eval板連接到計算機，為您的設(shè)備選擇適當(dāng)?shù)倪x項。

然后，它會自動將設(shè)備更新為最新的設(shè)備操作系統(tǒng)和固件。

4. 組織你的粒子裝置

選擇您的組織和產(chǎn)品，并為設(shè)備命名。

5. 完成安裝：

一旦設(shè)置過程完成，您的設(shè)備將顯示為注冊在您的粒子帳戶。

您將看到確認消息，表明設(shè)備已準備好進行開發(fā)。

粒子工作臺

粒子工作臺是一個先進的開發(fā)環(huán)境，集成了Visual Studio Code，使其易于編寫，編譯和調(diào)試固件的B524 SoM。你可以這樣設(shè)置它：

1. 安裝Visual Studio Code

從官方網(wǎng)站下載并安裝Visual Studio Code。

2. 安裝Particle Workbench擴展

打開Visual Studio Code。

通過單擊左側(cè)欄上的Extensions圖標進入Extensions Marketplace。

搜索Particle Workbench并安裝擴展。

3. 設(shè)置你的項目

?打開Visual Studio Code。

?按Ctrl+Shift+P(或在macOS上按Cmd+Shift+P)打開命令面板。

?輸入粒子：創(chuàng)建新項目并選擇它。

?根據(jù)提示選擇項目目錄，選擇B524 SoM，設(shè)置目標固件版本。

準備GPS模塊

在這個項目中，我們使用了RYS352A GPS模塊進行精確的位置跟蹤。該模塊的規(guī)格如下。

RYS352A模塊具有3.3V UART連接，允許與微控制器無縫通信。支持GPS、GLONASS、Galileo、北斗、QZSS、SBAS等多種GNSS系統(tǒng)，提供高精度定位數(shù)據(jù)。該模塊集成了12個多音有源干擾消除器，有效地降低了信號噪聲。

此外，它還包括增強的組件，如SAW濾波器，LNA(低噪聲放大器)和TCXO(溫度補償晶體振蕩器)，用于卓越的信號處理。嵌入式GPS/GLONASS/北斗天線確保衛(wèi)星信號接收一致。通過RTC(實時時鐘)電池備份，該模塊即使在斷電時也可以保持時間。它還提供了10Hz的最大導(dǎo)航更新速率，使其適合高速跟蹤應(yīng)用。

連接Reyax GPS模塊到粒子B系列SoM：

?SoM上從GPS到RX的TX。

?在SoM上從GPS到TX的RX。

?3.3V從GPS到3.3V在SoM

?從GPS到SoM的GND

TinyGPS++庫用于解析來自模塊的NMEA句子。

下面是獲取經(jīng)緯度的示例代碼。

如果GPS獲得了一個定位，它將顯示如下。

設(shè)置Firebase實時數(shù)據(jù)庫

Firebase實時數(shù)據(jù)庫是一個NoSQL數(shù)據(jù)庫，它將數(shù)據(jù)存儲為JSON對象。它在所有連接的客戶端之間實時同步數(shù)據(jù)，確保每個用戶同時看到相同的數(shù)據(jù)。主要特點包括：

實時同步：數(shù)據(jù)更改立即傳播到所有連接的設(shè)備。

離線支持：Firebase sdk在本地緩存數(shù)據(jù)，允許應(yīng)用程序離線運行并在重新連接時同步更改。

可伸縮性：Firebase RTDB可以處理擁有數(shù)百萬用戶的大型應(yīng)用程序。

設(shè)置Firebase項目

1. 創(chuàng)建一個Firebase項目：

進入Firebase控制臺。

點擊“添加項目”。

輸入項目名稱并按照提示創(chuàng)建項目。

2. 將Firebase添加到您的應(yīng)用程序：

創(chuàng)建項目后，單擊(web)圖標將Firebase添加到web應(yīng)用程序中。

通過提供昵稱來注冊應(yīng)用程序。

Firebase將生成一個包含API密鑰和其他設(shè)置的配置對象。在你的應(yīng)用程序中初始化Firebase時，請保持這個方便。

啟用Firebase實時數(shù)據(jù)庫

1. 導(dǎo)航到實時數(shù)據(jù)庫：

在Firebase控制臺中，轉(zhuǎn)到左側(cè)欄的Build部分并選擇Realtime Database。

2. 創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫：

點擊“創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫”。

為您的數(shù)據(jù)庫選擇一個位置(最好靠近您的用戶，以獲得更好的性能)。

選擇“以測試模式啟動”，暫時允許所有用戶讀寫訪問(您可以稍后配置安全規(guī)則)。

3. 數(shù)據(jù)庫URL

創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫之后，F(xiàn)irebase將為您的數(shù)據(jù)庫提供一個格式為https://.firebaseio.com/的唯一URL。

這個URL用于在應(yīng)用程序中引用數(shù)據(jù)庫。

4. Firebase項目ID：

Firebase項目ID是Firebase項目的唯一標識符。它將您的項目與其他項目區(qū)分開來，并且在進行API調(diào)用或配置Firebase服務(wù)時是必需的。

從Firebase控制臺：

?進入Firebase控制臺。

?選擇您的項目。

?點擊側(cè)邊欄“項目概覽”旁邊的齒輪圖標(??)。

?選擇“項目設(shè)置”。

?在General選項卡下，您將找到列出的Project ID。

來自Firebase配置對象：

當(dāng)你將Firebase添加到應(yīng)用程序時，F(xiàn)irebase提供了一個配置對象。該對象包含projd字段。

5. Firebase認證令牌(Firebase數(shù)據(jù)庫密鑰)

Firebase數(shù)據(jù)庫秘密是Firebase實時數(shù)據(jù)庫的遺留身份驗證機制。它是一個隨機生成的長字符串，授予對整個數(shù)據(jù)庫的完全讀寫訪問權(quán)限。它主要用于需要不受限制地訪問數(shù)據(jù)庫的服務(wù)器端應(yīng)用程序或工具。

進入Firebase控制臺：

?.登錄Firebase控制臺。

?選擇您的項目。

導(dǎo)航到項目設(shè)置：

?點擊側(cè)邊欄“項目概覽”旁邊的齒輪圖標(??)。

?選擇“項目設(shè)置”。

訪問數(shù)據(jù)庫秘密：

?轉(zhuǎn)到Service Accounts選項卡。

?向下滾動到數(shù)據(jù)庫秘密部分。

?點擊“顯示”顯示秘密。如果需要，您也可以點擊“Add secret”來生成一個新的secret。

?復(fù)制密鑰并安全地存儲。將其視為密碼，因為它授予對數(shù)據(jù)庫的完全訪問權(quán)限。

數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)模型

Firebase實時數(shù)據(jù)庫將數(shù)據(jù)存儲為JSON樹。樹中的每個節(jié)點都可以包含鍵值對或嵌套的子節(jié)點。

這是我們使用的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)：

設(shè)置粒子集成與Firebase

Particle為Firebase提供了一個內(nèi)置的集成，允許你直接向Firebase實時數(shù)據(jù)庫發(fā)送數(shù)據(jù)。

我們需要在Particle和Firebase之間進行3種不同的整合

?從Firebase到Particle獲取地理圍欄數(shù)據(jù)

?把實時位置從粒子到火基

?后實時位置從粒子到火基

1. 從Firebase到Particle獲取地理圍欄數(shù)據(jù)

這個集成包括從Firebase獲取地理圍欄數(shù)據(jù)(例如，邊界坐標)并將其發(fā)送到Particle設(shè)備。

創(chuàng)建一個Firebase集成在粒子控制臺：

?轉(zhuǎn)到粒子控制臺。

?導(dǎo)航到Integration并創(chuàng)建一個新的Firebase Integration。

?配置Firebase集成：

粒子固件代碼：

?使用Particle.subscribe()偵聽地理圍欄數(shù)據(jù)。

2. 把實時位置從粒子到火基

這種集成包括使用PUT請求將實時位置數(shù)據(jù)從Particle設(shè)備發(fā)送到Firebase。

創(chuàng)建一個Firebase集成在粒子控制臺：

?導(dǎo)航到Integration并創(chuàng)建一個新的Firebase Integration。

?配置Firebase集成：

粒子固件代碼：

使用Particle.publish()發(fā)送位置數(shù)據(jù)。

3. 后實時位置從粒子到火基

這種集成包括使用POST請求將實時位置數(shù)據(jù)從Particle設(shè)備發(fā)送到Firebase以創(chuàng)建位置歷史記錄。

創(chuàng)建一個Firebase集成在粒子控制臺：

?轉(zhuǎn)到粒子控制臺。

?導(dǎo)航到Integration并創(chuàng)建一個新的Firebase Integration。

?配置Firebase集成：

粒子固件代碼：

?使用Particle.publish()發(fā)送位置樣本位置數(shù)據(jù)。

整合Twilio的短信提醒

將Twilio與Particle設(shè)備集成在一起，您可以直接從BSoM發(fā)送SMS警報，這對于即時通知至關(guān)重要的應(yīng)用程序(例如警報系統(tǒng))來說非常理想。按照以下步驟設(shè)置Twilio并將其集成到您的BSoM中以發(fā)送短信提醒。

設(shè)置一個Twilio帳戶，并獲得您的憑據(jù)

?如果你還沒有，在Twilio的網(wǎng)站上注冊一個Twilio賬戶。

?一旦您的帳戶設(shè)置，從Twilio控制臺獲取您的帳戶SID和認證令牌，以及Twilio電話號碼。你需要這些來授權(quán)并通過Twilio發(fā)送短信。

在粒子控制臺設(shè)置Twilio集成

?登錄到粒子控制臺并導(dǎo)航到集成部分。

?點擊New Integration并選擇Twilio。

?事件名稱：選擇一個事件名稱，如twilio_sms_alert， BSoM將在需要發(fā)送短信時觸發(fā)該事件。

參數(shù)：設(shè)置如下參數(shù)字段：

?用戶名：您的Twilio帳戶SID。

?密碼：您的Twilio認證令牌。

?Twilio SID：您的Twilio帳戶SID。

表單數(shù)據(jù)：設(shè)置表單數(shù)據(jù)字段如下：

?來自：你的Twilio電話號碼。

?收件人：收件人的電話號碼(短信提醒將發(fā)送到該號碼)。

?Body：消息文本，如果您想從BSoM代碼定制消息，則可以包含動態(tài)值，例如{{PARTICLE_EVENT_VALUE}}。

網(wǎng)站

大象地理圍欄網(wǎng)頁提供了一個復(fù)雜且用戶友好的界面，用于監(jiān)控大象的運動、管理地理圍欄區(qū)域和分析位置數(shù)據(jù)。專為環(huán)保人士，研究人員和現(xiàn)場人員，它提供了一個無縫的融合功能和直觀的設(shè)計。主要功能包括

實時跟蹤

在地圖上顯示大象的實時位置，確保最新的監(jiān)測。

Geofence管理

?加載地理圍欄：快速加載以前保存的地理圍欄區(qū)域。

?Save Geofence：繪制自定義邊界并保存以供將來監(jiān)視。

位置的歷史

使用樣條路徑跟蹤和可視化選定大象的運動歷史，使用戶能夠研究模式或行為。

技術(shù)的使用

前端

?HTML5和CSS3：網(wǎng)頁的核心結(jié)構(gòu)和樣式。

?js：支持交互式地圖功能，包括地理圍欄繪圖和實時位置跟蹤。

?字體Awesome：提供高質(zhì)量的圖標，以增強用戶體驗。

?谷歌字體：使用“Smooch Sans”字體，看起來干凈而現(xiàn)代。

后端集成

1. Firebase實時數(shù)據(jù)庫：

?存儲地理圍欄數(shù)據(jù)、大象跟蹤信息和歷史路徑。

?為前端提供實時更新，實現(xiàn)實時位置跟蹤。

2. JavaScript：處理地理圍欄創(chuàng)建、保存/加載功能和地圖交互。

太陽能發(fā)電裝置

該項目采用由兩塊6V太陽能電池板組成的太陽能發(fā)電系統(tǒng)。

這些面板將連接到太陽能電源管理器。

是專為5V太陽能板設(shè)計的高效太陽能電源管理模塊。采用先進的MPPT(最大功率點跟蹤)技術(shù)，最大限度地提高太陽能電池板效率，可通過USB或太陽能電池板輸入為3.7V鋰電池提供高達900mA的充電電流。該模塊包括具有5V 1A輸出的可控DC-DC轉(zhuǎn)換器，可用于各種太陽能和低功耗應(yīng)用。其全面的保護機制保護電池、太陽能電池板和輸出電路，顯著提高太陽能項目的穩(wěn)定性和安全性。

為了給評估板供電，我們使用了一塊1800mAh的鋰電池。