如何使用粒子B系列SoM構(gòu)建實(shí)時(shí)大象跟蹤系統(tǒng)

時(shí)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(xiàng)目演示了如何使用粒子B系列SoM構(gòu)建實(shí)時(shí)大象跟蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以對(duì)大象進(jìn)行實(shí)時(shí)GPS跟蹤，并實(shí)施地理圍欄，如果大象離開(kāi)了預(yù)定義的邊界，就通知護(hù)林員。數(shù)據(jù)顯示在與OpenStreetMap集成的web界面上，并存儲(chǔ)在Firebase中進(jìn)行分析。

我們的物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)圈可以實(shí)時(shí)跟蹤大象，通過(guò)GPS、地理圍欄和即時(shí)警報(bào)確保安全。

本項(xiàng)目演示了如何使用粒子B系列SoM構(gòu)建實(shí)時(shí)大象跟蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以對(duì)大象進(jìn)行實(shí)時(shí)GPS跟蹤，并實(shí)施地理圍欄，如果大象離開(kāi)了預(yù)定義的邊界，就通知護(hù)林員。數(shù)據(jù)顯示在與OpenStreetMap集成的web界面上，并存儲(chǔ)在Firebase中進(jìn)行分析。

動(dòng)機(jī)

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(yán)重的全球危機(jī)，威脅著人類(lèi)的生命和這些雄偉動(dòng)物的生存。這種沖突正變得越來(lái)越頻繁，突出表明迫切需要?jiǎng)?chuàng)新的解決辦法，以減輕這些沖突并促進(jìn)共存。

在世界上許多地區(qū)，人象沖突已達(dá)到令人震驚的程度，往往造成毀滅性后果，如作物被毀、財(cái)產(chǎn)損失以及人和動(dòng)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(cái)產(chǎn)損失和死亡。

?在泰國(guó)，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(dòng)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(xiàng)目旨在通過(guò)開(kāi)發(fā)以先進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為動(dòng)力的大象跟蹤和地理圍欄系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)做出貢獻(xiàn)

關(guān)鍵特性

?實(shí)時(shí)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(kāi)了這個(gè)邊界，通知它。

?可持續(xù)動(dòng)力：由太陽(yáng)能電池板供電，可擴(kuò)展現(xiàn)場(chǎng)操作。

粒子B系列SoM的建立

B-SoM模塊是該項(xiàng)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(tái)即服務(wù)(Platform-as-a-Service)無(wú)縫協(xié)作，該服務(wù)可為多達(dá)100臺(tái)設(shè)備提供免費(fèi)使用。此外，它還包括全球嵌入式SIM卡和數(shù)據(jù)計(jì)劃，確保全球可靠的蜂窩連接。

我們特別為這個(gè)項(xiàng)目選擇了B524 SoM，因?yàn)樗哂袕?qiáng)大的蜂窩連接，因?yàn)閃i-Fi在偏遠(yuǎn)的野生動(dòng)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(xiàng)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(píng)估板是一個(gè)必不可少的工具。該分?jǐn)喟搴?jiǎn)化了開(kāi)發(fā)并簡(jiǎn)化了原型設(shè)計(jì)，使無(wú)縫訪(fǎng)問(wèn)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(píng)估板。

?將蜂窩天線(xiàn)連接到SoM上標(biāo)有CELL的U.FL連接器上。這一步對(duì)于實(shí)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(duì)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(dòng)或斷開(kāi)。

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

1. 訪(fǎng)問(wèn)粒子設(shè)置網(wǎng)站：

打開(kāi)瀏覽器，進(jìn)入setup.particle.io。

2. 登錄您的粒子帳戶(hù)：

如果您已經(jīng)有一個(gè)帳戶(hù)，請(qǐng)輸入您的憑據(jù)并登錄。

如果你沒(méi)有帳戶(hù)，按照注冊(cè)過(guò)程創(chuàng)建一個(gè)。

3. 選擇您的設(shè)備：

在設(shè)置頁(yè)面上，通過(guò)將Eval板連接到計(jì)算機(jī)，為您的設(shè)備選擇適當(dāng)?shù)倪x項(xiàng)。

然后，它會(huì)自動(dòng)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(guò)程完成，您的設(shè)備將顯示為注冊(cè)在您的粒子帳戶(hù)。

您將看到確認(rèn)消息，表明設(shè)備已準(zhǔn)備好進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

粒子工作臺(tái)

粒子工作臺(tái)是一個(gè)先進(jìn)的開(kāi)發(fā)環(huán)境，集成了Visual Studio Code，使其易于編寫(xiě)，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(kuò)展

打開(kāi)Visual Studio Code。

通過(guò)單擊左側(cè)欄上的Extensions圖標(biāo)進(jìn)入Extensions Marketplace。

搜索Particle Workbench并安裝擴(kuò)展。

3. 設(shè)置你的項(xiàng)目

?打開(kāi)Visual Studio Code。

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

?輸入粒子：創(chuàng)建新項(xiàng)目并選擇它。

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

準(zhǔn)備GPS模塊

在這個(gè)項(xiàng)目中，我們使用了RYS352A GPS模塊進(jìn)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(wú)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(gè)多音有源干擾消除器，有效地降低了信號(hào)噪聲。

此外，它還包括增強(qiáng)的組件，如SAW濾波器，LNA(低噪聲放大器)和TCXO(溫度補(bǔ)償晶體振蕩器)，用于卓越的信號(hào)處理。嵌入式GPS/GLONASS/北斗天線(xiàn)確保衛(wèi)星信號(hào)接收一致。通過(guò)RTC(實(shí)時(shí)時(shí)鐘)電池備份，該模塊即使在斷電時(shí)也可以保持時(shí)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(kù)用于解析來(lái)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(gè)定位，它將顯示如下。

設(shè)置Firebase實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)

Firebase實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)，它將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為JSON對(duì)象。它在所有連接的客戶(hù)端之間實(shí)時(shí)同步數(shù)據(jù)，確保每個(gè)用戶(hù)同時(shí)看到相同的數(shù)據(jù)。主要特點(diǎn)包括：

實(shí)時(shí)同步：數(shù)據(jù)更改立即傳播到所有連接的設(shè)備。

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

可伸縮性：Firebase RTDB可以處理?yè)碛袛?shù)百萬(wàn)用戶(hù)的大型應(yīng)用程序。

設(shè)置Firebase項(xiàng)目

1. 創(chuàng)建一個(gè)Firebase項(xiàng)目：

進(jìn)入Firebase控制臺(tái)。

點(diǎn)擊“添加項(xiàng)目”。

輸入項(xiàng)目名稱(chēng)并按照提示創(chuàng)建項(xiàng)目。

2. 將Firebase添加到您的應(yīng)用程序：

創(chuàng)建項(xiàng)目后，單擊(web)圖標(biāo)將Firebase添加到web應(yīng)用程序中。

通過(guò)提供昵稱(chēng)來(lái)注冊(cè)應(yīng)用程序。

Firebase將生成一個(gè)包含API密鑰和其他設(shè)置的配置對(duì)象。在你的應(yīng)用程序中初始化Firebase時(shí)，請(qǐng)保持這個(gè)方便。

啟用Firebase實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)

1. 導(dǎo)航到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)：

在Firebase控制臺(tái)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(kù)：

點(diǎn)擊“創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)”。

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

選擇“以測(cè)試模式啟動(dòng)”，暫時(shí)允許所有用戶(hù)讀寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)(您可以稍后配置安全規(guī)則)。

3. 數(shù)據(jù)庫(kù)URL

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

這個(gè)URL用于在應(yīng)用程序中引用數(shù)據(jù)庫(kù)。

4. Firebase項(xiàng)目ID：

Firebase項(xiàng)目ID是Firebase項(xiàng)目的唯一標(biāo)識(shí)符。它將您的項(xiàng)目與其他項(xiàng)目區(qū)分開(kāi)來(lái)，并且在進(jìn)行API調(diào)用或配置Firebase服務(wù)時(shí)是必需的。

從Firebase控制臺(tái)：

?進(jìn)入Firebase控制臺(tái)。

?選擇您的項(xiàng)目。

?點(diǎn)擊側(cè)邊欄“項(xiàng)目概覽”旁邊的齒輪圖標(biāo)(??)。

?選擇“項(xiàng)目設(shè)置”。

?在General選項(xiàng)卡下，您將找到列出的Project ID。

來(lái)自Firebase配置對(duì)象：

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

5. Firebase認(rèn)證令牌(Firebase數(shù)據(jù)庫(kù)密鑰)

Firebase數(shù)據(jù)庫(kù)秘密是Firebase實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的遺留身份驗(yàn)證機(jī)制。它是一個(gè)隨機(jī)生成的長(zhǎng)字符串，授予對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的完全讀寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限。它主要用于需要不受限制地訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的服務(wù)器端應(yīng)用程序或工具。

進(jìn)入Firebase控制臺(tái)：

?.登錄Firebase控制臺(tái)。

?選擇您的項(xiàng)目。

導(dǎo)航到項(xiàng)目設(shè)置：

?點(diǎn)擊側(cè)邊欄“項(xiàng)目概覽”旁邊的齒輪圖標(biāo)(??)。

?選擇“項(xiàng)目設(shè)置”。

訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)秘密：

?轉(zhuǎn)到Service Accounts選項(xiàng)卡。

?向下滾動(dòng)到數(shù)據(jù)庫(kù)秘密部分。

?點(diǎn)擊“顯示”顯示秘密。如果需要，您也可以點(diǎn)擊“Add secret”來(lái)生成一個(gè)新的secret。

?復(fù)制密鑰并安全地存儲(chǔ)。將其視為密碼，因?yàn)樗谟鑼?duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的完全訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限。

數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)模型

Firebase實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為JSON樹(shù)。樹(shù)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以包含鍵值對(duì)或嵌套的子節(jié)點(diǎn)。

這是我們使用的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)：

設(shè)置粒子集成與Firebase

Particle為Firebase提供了一個(gè)內(nèi)置的集成，允許你直接向Firebase實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)送數(shù)據(jù)。

我們需要在Particle和Firebase之間進(jìn)行3種不同的整合

?從Firebase到Particle獲取地理圍欄數(shù)據(jù)

?把實(shí)時(shí)位置從粒子到火基

?后實(shí)時(shí)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(gè)集成包括從Firebase獲取地理圍欄數(shù)據(jù)(例如，邊界坐標(biāo))并將其發(fā)送到Particle設(shè)備。

創(chuàng)建一個(gè)Firebase集成在粒子控制臺(tái)：

?轉(zhuǎn)到粒子控制臺(tái)。

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

?配置Firebase集成：

粒子固件代碼：

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

2. 把實(shí)時(shí)位置從粒子到火基

這種集成包括使用PUT請(qǐng)求將實(shí)時(shí)位置數(shù)據(jù)從Particle設(shè)備發(fā)送到Firebase。

創(chuàng)建一個(gè)Firebase集成在粒子控制臺(tái)：

?導(dǎo)航到Integration并創(chuàng)建一個(gè)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(shí)時(shí)位置從粒子到火基

這種集成包括使用POST請(qǐng)求將實(shí)時(shí)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(gè)Firebase集成在粒子控制臺(tái)：

?轉(zhuǎn)到粒子控制臺(tái)。

?導(dǎo)航到Integration并創(chuàng)建一個(gè)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(bào)，這對(duì)于即時(shí)通知至關(guān)重要的應(yīng)用程序(例如警報(bào)系統(tǒng))來(lái)說(shuō)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(gè)Twilio帳戶(hù)，并獲得您的憑據(jù)

?如果你還沒(méi)有，在Twilio的網(wǎng)站上注冊(cè)一個(gè)Twilio賬戶(hù)。

?一旦您的帳戶(hù)設(shè)置，從Twilio控制臺(tái)獲取您的帳戶(hù)SID和認(rèn)證令牌，以及Twilio電話(huà)號(hào)碼。你需要這些來(lái)授權(quán)并通過(guò)Twilio發(fā)送短信。

在粒子控制臺(tái)設(shè)置Twilio集成

?登錄到粒子控制臺(tái)并導(dǎo)航到集成部分。

?點(diǎn)擊New Integration并選擇Twilio。

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

參數(shù)：設(shè)置如下參數(shù)字段：

?用戶(hù)名：您的Twilio帳戶(hù)SID。

?密碼：您的Twilio認(rèn)證令牌。

?Twilio SID：您的Twilio帳戶(hù)SID。

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

?來(lái)自：你的Twilio電話(huà)號(hào)碼。

?收件人：收件人的電話(huà)號(hào)碼(短信提醒將發(fā)送到該號(hào)碼)。

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

網(wǎng)站

大象地理圍欄網(wǎng)頁(yè)提供了一個(gè)復(fù)雜且用戶(hù)友好的界面，用于監(jiān)控大象的運(yùn)動(dòng)、管理地理圍欄區(qū)域和分析位置數(shù)據(jù)。專(zhuān)為環(huán)保人士，研究人員和現(xiàn)場(chǎng)人員，它提供了一個(gè)無(wú)縫的融合功能和直觀(guān)的設(shè)計(jì)。主要功能包括

實(shí)時(shí)跟蹤

在地圖上顯示大象的實(shí)時(shí)位置，確保最新的監(jiān)測(cè)。

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(lái)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(yùn)動(dòng)歷史，使用戶(hù)能夠研究模式或行為。

技術(shù)的使用

前端

?HTML5和CSS3：網(wǎng)頁(yè)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(shí)時(shí)位置跟蹤。

?字體Awesome：提供高質(zhì)量的圖標(biāo)，以增強(qiáng)用戶(hù)體驗(yàn)。

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

后端集成

1. Firebase實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)：

?存儲(chǔ)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(shí)時(shí)更新，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)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(yáng)能發(fā)電裝置

該項(xiàng)目采用由兩塊6V太陽(yáng)能電池板組成的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)。

這些面板將連接到太陽(yáng)能電源管理器。

是專(zhuān)為5V太陽(yáng)能板設(shè)計(jì)的高效太陽(yáng)能電源管理模塊。采用先進(jìn)的MPPT(最大功率點(diǎn)跟蹤)技術(shù)，最大限度地提高太陽(yáng)能電池板效率，可通過(guò)USB或太陽(yáng)能電池板輸入為3.7V鋰電池提供高達(dá)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(yáng)能和低功耗應(yīng)用。其全面的保護(hù)機(jī)制保護(hù)電池、太陽(yáng)能電池板和輸出電路，顯著提高太陽(yáng)能項(xiàng)目的穩(wěn)定性和安全性。

為了給評(píng)估板供電，我們使用了一塊1800mAh的鋰電池。