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前文回顧

《智慧牧場之生物姿態檢測篇》

《智慧牧場之生物心率檢測篇》

1. 背景知識

1.1牧場定位的意義

在智慧牧場解決方案中，實時檢測牲畜的活動狀況是非常重要的環節。現在已經不是放牛和牧羊犬的時代了。面臨大范圍牧場上牲畜走失，尋找困難，過度放牧導致草場退化等問題，通過穿戴式的生物跟蹤部件，可以有效解決以上的問題。

當大量牲畜散布在地面上時，牧場管理員往往發現很難跟蹤正在發生的事情。需要一個系統來確定牲畜在任何給定時間的位置和行駛的距離。此外，跟蹤系統也會防止任何類型的盜竊，因為牧場管理員可以使用跟蹤報告來定位被盜牲畜。

1.2室外定位技術比較

目前的室外定位技術，大體上分為如下幾種類別：

信號載體	典型定位方式	定位精度	不足
北斗/GPS衛星民用領域	3個觀測方程式求解位置	10米級	遮擋影響較大
蜂窩移動網絡GSM	基于TC-OFODM信號進行測距定位	100米級	對基站依賴程度較高
5G?	超密集組網下的定位技術/面向5C的TDOA和AOA定位技術、面向5G網絡上行定位和下行定位	100米級	抗干擾有局限性
慣性導航	基于航位推算方法	米級	存在累計漂移誤差
地球磁場?	基于信號場強定位或與其他技術組合應用	米級	地球指紋特征差異小

基于GPS和GSM的定位在全世界被廣泛使用，可以用來確定其所連接生物的精確位置。這種器件成本低、可靠性高，并具有精確跟蹤功能。可以提供有效、實時的物體、生物的位置報告和時間信息。

2. 解決方案概要

該方案采用基于全球移動通信系統（GSM）技術和GPS技術的嵌入式系統。該系統安裝在生物穿戴設備中。接口GSM模塊連接到Hi3861。該系統提供以下功能：a）位置信息，b）使用短信進行實時跟蹤。

3. 硬件設計

3.1SIM808模塊調制解調器模塊

可以選用GSM、GPRS、GPS三合一功能的SIM808模塊。支持GSM/GPRS Quad-Band網絡，結合GPS技術進行衛星導航。它具有睡眠模式下的超低功耗，并集成了鋰離子電池充電電路，使其具有超長的待機時間，方便使用可充電鋰離子電池的項目。它具有高 GPS 接收靈敏度，具有 22 個跟蹤和 66 個采集接收器通道。模塊通過 UART（編者注：Universal Asynchronous Receiver/Transmitter 通用異步接收器/發送器的英文縮寫）由 AT 指令控制，支持 3.3V 和 5V 邏輯電平。

GSM調制解調器的工作基于命令，命令始終以“AT開頭”（表示注意），以“＜CR＞字符結束”，例如撥號命令是ATD＜number＞；ATD7814629081；這里，撥號命令以分號（；）結束。在Hi3861的幫助下，該AT命令被提供給GSM調制解調器。GSM調制解調器在MAX 232 IC的幫助下與微控制器串行連接。GSM指定的頻率范圍為1850到1990 MHz（移動臺到基站）。

3.2 Hi3861

Hi3861開發板模組大小約2cm*5cm，是一款高度集成的2.4GHz WLAN SoC。

Hi3861芯片集成高性能32bit微處理器、擁有豐富的外設接口，芯片內置SRAM(編者注：Static Random-Access Memory 靜態隨機存取存儲器的英文縮寫)和Flash，并支持在Flash上運行程序。

Hi3861模組有2MB FLASH，352KB RAM。但我們編寫代碼時，要注意對有限資源的合理利用。

Hi3861可以說是麻雀雖小，五臟俱全。Hi3861的外設接口包括(外部主晶振為40M或者24M)：

2個SPI(Synchronous Peripheral Interface)
3個UART(Universal Asynchronous Receiver & Transmitter)
2個I2C(The Inter-Integrated Circuit)
6路PWM(Pulse Width Modulation)
15個GPIO(General Purpose Input/Output)
7路ADC(Analog to Digital Converter)
1個I2S接口
1個高速SDIO2.0(Secure Digital Input/Output)接口，最高時鐘可達50MHz;

Hi3861主控功能框架圖如下：

在該系統中，它用于同步GSM和GPS的操作。GPS連續向微控制器發送位置數據，即車輛位置的緯度和經度，而GSM從微控制器發送和接收數據。GPS調制解調器連續提供許多參數作為輸出，但只有NMEA（編者注：National Marine Electronics Association國家海洋電子協會的英文縮寫）數據被讀取并“顯示在OLED上”。將相同的數據發送給移動用戶，以便可以知道車輛的確切位置。用戶的移動號碼存儲在EEPROM（編者注：Electrically Erasable Programmable read only memory 帶電可擦可編程只讀存儲器的英文縮寫）中。

4. 軟件設計

軟件編程是用C語言完成的。GPS從衛星接收的數據（坐標）在軟件中定義。解碼NMEA（國家海洋電子協會）協議是開發該軟件的主要目的。軟件程序中應包含用戶的手機號碼，以便從我們在GSM調制解調器中使用的SIM卡接收位置值。NMEA協議由一組ASCII字符集的消息組成。GPS接收數據并以ASCII逗號分隔的消息字符串的形式顯示。$'在每條消息的開頭使用符號。位置（緯度和經度）的格式為ddmm。mmmm（度數分鐘和十進制分鐘）。軟件協議由GGA（編者注：Global Positioning System Fix Data 全球定位系統固定數據）和GLL（編者注：Geographic Position 地理位置-緯度/經度）組成。但在這個系統中，我們只使用GGA。系統流程圖如下所示：

具體代碼實現：

/***** 獲取電壓值函數 *****/
static float GetVoltage(void)
{
    unsigned int ret;
    unsigned short data;


    ret = AdcRead(WIFI_IOT_ADC_CHANNEL_5, &data, WIFI_IOT_ADC_EQU_MODEL_8, WIFI_IOT_ADC_CUR_BAIS_DEFAULT, 0xff);
    if (ret != WIFI_IOT_SUCCESS)
    {
        printf("ADC Read Fail
");
    }


    return (float)data * 1.8 * 4 / 4096.0;
}


/* input:AT+CGNSINF Command Response
* output:struct GGPS_DATA
*/
static void GPS_CGNSINF_Analyze(char *origin, GGPS_DATA *gpsdata)
{
    int counter = 0;
    char tmp[150] = {0};
    char *lptr = NULL;
    char *localptr = NULL;


    lptr = (char *)strstr(origin, "+CGNSINF");
    if (lptr == NULL)
    {
        return;
    } else {
        lptr += 10;
    }

    while (*lptr != '')
    {
        if (*lptr == ',' && *(lptr + 1) == ',')
        {
            tmp[counter] = *lptr;
            counter++;
            tmp[counter] = '0';
        } else if (*lptr == '
' && *(lptr + 1) == '
' && counter < 148)
        {
            tmp[counter] = '0';
            tmp[counter + 1] = ',';
            tmp[counter + 2] = 0;
            break;
        } else {
            tmp[counter] = *lptr;
        }
        lptr++;
        counter++;


        /* avoid array out of range */
        if (counter >= GNSINF_MSG_MAX_LEN){
            return;
        }


    }
    /* Clear struct data */
    memset(gpsdata, 0, sizeof( GGPS_DATA));


    localptr = (char *)strtok(tmp, ",");
    if (localptr == NULL)
    {
        return;
    }
    strncpy(gpsdata->GNSSrunstatus, localptr, sizeof(gpsdata->GNSSrunstatus));


    localptr = (char *)strtok(NULL, ",");
    if (localptr == NULL)
    {
        return;
    }
    strncpy(gpsdata->Fixstatus, localptr, sizeof(gpsdata->Fixstatus));


    localptr = (char *)strtok(NULL, ",");
    if (localptr == NULL)
    {
        return;
    }
    strncpy(gpsdata->UTCdatetime, localptr, sizeof(gpsdata->UTCdatetime));


    localptr = (char *)strtok(NULL, ",");
    if (localptr == NULL)
    {
        return;
    }
    strncpy(gpsdata->latitude, localptr, sizeof(gpsdata->latitude));


    localptr = (char *)strtok(NULL, ",");
    if (localptr == NULL)
    {
        return;
    }
    strncpy(gpsdata->logitude, localptr, sizeof(gpsdata->logitude));


    localptr = (char *)strtok(NULL, ",");
    if (localptr == NULL)
    {
        return;
    }
    strncpy(gpsdata->altitude, localptr, sizeof(gpsdata->altitude));


    localptr = (char *)strtok(NULL, ",");
    if (localptr == NULL)
    {
        return;
    }
    strncpy(gpsdata->speedOTG, localptr, sizeof(gpsdata->speedOTG));


    localptr = (char *)strtok(NULL, ",");
    if (localptr == NULL)
    {
        return;
    }
    strncpy(gpsdata->course, localptr, sizeof(gpsdata->course));


    localptr = (char *)strtok(NULL, ",");
    if (localptr == NULL)
    {
        return;
    }
    strncpy(gpsdata->fixmode, localptr, sizeof(gpsdata->fixmode));


    localptr = (char *)strtok(NULL, ",");
    if (localptr == NULL)
    {
        return;
    }
    strncpy(gpsdata->Reserved1, localptr, sizeof(gpsdata->Reserved1));


    localptr = (char *)strtok(NULL, ",");
    if (localptr == NULL)
    {
        return;
    }
    strncpy(gpsdata->HDOP, localptr, sizeof(gpsdata->HDOP));


    localptr = (char *)strtok(NULL, ",");
    if (localptr == NULL)
    {
        return;
    }
    strncpy(gpsdata->PDOP, localptr, sizeof(gpsdata->PDOP));


    localptr = (char *)strtok(NULL, ",");
    if (localptr == NULL)
    {
        return;
    }
    strncpy(gpsdata->VDOP, localptr, sizeof(gpsdata->VDOP));


    localptr = (char *)strtok(NULL, ",");
    if (localptr == NULL)
    {
        return;
    }
    strncpy(gpsdata->Reserved2, localptr, sizeof(gpsdata->Reserved2));


    localptr = (char *)strtok(NULL, ",");
    if (localptr == NULL)
    {
        return;
    }
    strncpy(gpsdata->satellitesinview, localptr, sizeof(gpsdata->satellitesinview));


    localptr = (char *)strtok(NULL, ",");
    if (localptr == NULL)
    {
        return;
    }
    strncpy(gpsdata->GNSSsatellitesused, localptr, sizeof(gpsdata->GNSSrunstatus));


    localptr = (char *)strtok(NULL, ",");
    if (localptr == NULL)
    {
        return;
    }
    strncpy(gpsdata->GLONASSsatellitesused, localptr, sizeof(gpsdata->GLONASSsatellitesused));


    localptr = (char *)strtok(NULL, ",");
    if (localptr == NULL)
    {
        return;
    }
    strncpy(gpsdata->Reserved3, localptr, sizeof(gpsdata->Reserved3));


    localptr = (char *)strtok(NULL, ",");
    if (localptr == NULL)
    {
        return;
    }
    strncpy(gpsdata->CN0max, localptr, sizeof(gpsdata->CN0max));


    localptr = (char *)strtok(NULL, ",");
    if (localptr == NULL)
    {
        return;
    }
    strncpy(gpsdata->HPA, localptr, sizeof(gpsdata->HPA));


    localptr = (char *)strtok(NULL, "
");
    if (localptr == NULL)
    {
        return;
    }
    strncpy(gpsdata->VPA, localptr, sizeof(gpsdata->VPA));
}


static void GsmCheckRingAndHanupMessage(void)
{
    if (strstr(g_uart_buff, "RING") != NULL)
    {
        printf("ring.
");
        if (GsmGetConnectSts() == false)
        {
            GsmSetRingSts(true);
        }
    }
    if (strstr(g_uart_buff, "NO CARRIER") != NULL)
    {
        printf("hang up.
");


        GsmSetHungUpSts(true);


        if (GsmGetConnectSts() == true)
        {
            GsmSetConnectSts(false);
        }
    }
}


static uint32_t GsmSendCmd(char *cmd, int len)
{
    if (cmd == NULL || len <= 0)
    {
        return HI_ERR_FAILURE;
    }


    uint32_t ret = HI_ERR_FAILURE;
    static uint32_t count = 0;
    uint8_t *uart_buff_ptr = g_uart_buff;


    ret = hi_uart_write(DEMO_UART_NUM, (hi_u8 *)cmd, len);
    if (ret == HI_ERR_FAILURE)
    {
        return HI_ERR_FAILURE;
    }
    printf(" SendData%d,cmd:%s.
", len, cmd);


    while (g_uartController.isReadBusy)
    {
        count++;
        if (count > UART_WAIT_COUNT_MAX)
        {
            break;
        }


    }


    if (g_uartController.isReadBusy)
    {
        printf("GsmSendCmd hi_uart_read busy return");
        return HI_ERR_FAILURE;
    }
    if (!g_uartController.isReadBusy){
        usleep(100000); /* sleep 100ms */
    }


    g_uartController.isReadBusy = true;
    g_ReceivedDatalen = hi_uart_read(DEMO_UART_NUM, uart_buff_ptr, UART_BUFF_SIZE);


    if (g_ReceivedDatalen > 0)
    {
        printf(" rcvData len:%d,msg:%s.
", g_ReceivedDatalen, g_uart_buff);
        if (strstr(g_uart_buff, "OK") != NULL)
        {
            GsmCheckRingAndHanupMessage();
            memset(g_uart_buff, 0, sizeof(g_uart_buff));
            g_ReceivedDatalen = 0;
            g_uartController.isReadBusy = false;
            return HI_ERR_SUCCESS;
        }
        else
        {
            printf(" received error cmd
");
            GsmCheckRingAndHanupMessage();
            memset(g_uart_buff, 0, sizeof(g_uart_buff));
            g_ReceivedDatalen = 0;
            g_uartController.isReadBusy = false;
            return HI_ERR_FAILURE;
        }
    }
    else
    {
        g_uartController.isReadBusy = false;
        printf(" SendCmd no cmd return!
");
        return HI_ERR_FAILURE;
    }


    return HI_ERR_SUCCESS;
}




uint32_t GpsGetLocation(GGPS_INFO *gpsInfo)
{
    uint32_t ret = HI_ERR_FAILURE;
    static uint32_t count = 0;
    uint8_t *uart_buff_ptr = g_uart_buff;


    ret = hi_uart_write(DEMO_UART_NUM, (hi_u8 *)"AT+CGNSINF
", strlen("AT+CGNSINF
"));
    if (ret == HI_ERR_FAILURE)
    {
        return NULL;
    }


    while (g_uartController.isReadBusy)
    {
        count++;
        if (count > UART_WAIT_COUNT_MAX)
        {
            break;
        }
        usleep(100000); /* sleep 100ms */
    }


    if (g_uartController.isReadBusy)
    {
        printf("GpsGetLocation hi_uart_read busy return");
        return HI_ERR_FAILURE;
    }else{
        usleep(100000); /* sleep 100ms */
    }


    g_uartController.isReadBusy = true;
    g_ReceivedDatalen = hi_uart_read(DEMO_UART_NUM, uart_buff_ptr, UART_BUFF_SIZE);


    if (g_ReceivedDatalen > 0)
    {
        printf(" rcvData len:%d,msg:%s.
", g_ReceivedDatalen, g_uart_buff);


        uint8_t *strLocation = (uint8_t *)strstr(g_uart_buff, "+CGNSINF: 1,1");


        if (strLocation != NULL)
        {
            GGPS_DATA gpsData;
            GPS_CGNSINF_Analyze((char *)g_uart_buff, &gpsData);


            printf("latitude:%s.
", gpsData.latitude);
            printf("logitude:%s.
", gpsData.logitude);


            memcpy_s(gpsInfo->UTCdatetime, sizeof(gpsInfo->UTCdatetime), gpsData.UTCdatetime, sizeof(gpsData.UTCdatetime));
            memcpy_s(gpsInfo->logitude, sizeof(gpsInfo->logitude), gpsData.logitude, sizeof(gpsData.logitude));
            memcpy_s(gpsInfo->latitude, sizeof(gpsInfo->latitude), gpsData.latitude, sizeof(gpsData.latitude));
            memcpy_s(gpsInfo->satellitesinview, sizeof(gpsInfo->satellitesinview), gpsData.satellitesinview, sizeof(gpsData.satellitesinview));


            GsmCheckRingAndHanupMessage();


            memset(g_uart_buff, 0, sizeof(g_uart_buff));
            g_ReceivedDatalen = 0;
            g_uartController.isReadBusy = false;


            return HI_ERR_SUCCESS;
        } else {
            GsmCheckRingAndHanupMessage();
            memset(g_uart_buff, 0, sizeof(g_uart_buff));
            g_ReceivedDatalen = 0;
            g_uartController.isReadBusy = false;
            return HI_ERR_FAILURE;
        }
    } else {
        printf(" SendCmd no cmd return!
");
        g_uartController.isReadBusy = false;


        return HI_ERR_FAILURE;
    }
}


uint32_t GsmCallCellPhone(char *cellPhoneNumeber)
{
    uint32_t ret = HI_ERR_FAILURE;
    char sendCmd[32] = "";
    uint8_t cPhoneNumLength = strlen(cellPhoneNumeber);


    if (cPhoneNumLength < PHONE_NUMB_LEN)
    {
        return HI_ERR_FAILURE;
    }


    /* Send AT+CSQ. */
    strncpy(sendCmd, "AT+CSQ
", strlen("AT+CSQ
"));
    printf(" sendCmd=%s
", sendCmd);
    ret = GsmSendCmd(sendCmd, strlen(sendCmd));
    if (ret == HI_ERR_FAILURE)
    {
        return HI_ERR_FAILURE;
    }
    memset(sendCmd, 0, strlen(sendCmd));


    /* Call cellPhone Number:ATD+cellPhoneNumber. */
    snprintf(sendCmd, sizeof(sendCmd), "ATD%s;
", cellPhoneNumeber);
    printf(" sendCmd=%s
", sendCmd);
    ret = GsmSendCmd(sendCmd, strlen(sendCmd));
    if (ret == HI_ERR_FAILURE)
    {
        return HI_ERR_FAILURE;
    }


    return HI_ERR_SUCCESS;
}

未完待續……

后期預告《智慧牧場之室內管理系統篇》

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智慧園區是指利用先進的信息技術和物聯網技術，將各種設備、系統和人員進行互聯互通，實現智能化管理和服務的園區。在這樣的園區中，人員定位和軌跡追蹤是極其重要的功能之一。本文將探討智慧園區人員定位及

發表于 08-28 11:31 ?555次閱讀

EtherCAT運動控制器PT/PVT實現用戶自定義軌跡規劃

EtherCAT運動控制器PT/PVT實現用戶自定義軌跡規劃。

發表于 08-15 11:49 ?718次閱讀

人員定位及軌跡管理技術原理及應用領域

人員定位及軌跡管理是一種先進的技術，旨在實時跟蹤和管理人員的位置和移動軌跡。它在許多領域都有廣泛的應用。本文將介紹人員定位及軌跡管理的技術原理以及應用領域。人員

發表于 08-14 11:06 ?816次閱讀

電磁軌跡預測分析軟件

智慧華盛恒輝電磁軌跡預測分析軟件是一種專門用于預測和分析電磁運動軌跡的先進工具。以下是對該類軟件的詳細介紹：概述智慧華盛恒輝電磁

發表于 07-16 16:42 ?453次閱讀

電磁軌跡預測分析系統設計方案

智慧華盛恒輝電磁軌跡預測分析系統的設計方案是一個綜合性的項目，它結合了電磁學、運動學、數據分析以及可能的人工智能或機器學習技術，以實現對電磁運動

發表于 07-15 16:22 ?459次閱讀

電磁軌跡預測分析系統

智慧華盛恒輝電磁軌跡預測分析系統是一個專門用于預測和分析電磁運動軌跡的系統。該系統結合了電磁學、運動學、數據分析以及可能的人工智能或機器學習

發表于 06-25 15:19 ?445次閱讀

基于VPLC711的曲面外觀檢測XYR運動控制解決方案

驅動器，控制XYR軸運動； ●EtherNET接口：千兆網口，接支持Gige協議的面陣相機和線掃相機，實現視覺定位、旋轉中心點確定、軌跡糾偏、曲面連續采圖等應用。解決方案硬件配置產品

發表于 04-16 17:58

利用6軸姿態模塊來計算，物體的運動軌跡能不能實現？

僅僅利用6軸姿態模塊來計算，物體的運動軌跡能不能實現？本人采用stm32f103采集姿態模塊數據，姿態模塊采用的是維特jy901s，為什么積分計算距離之后誤差非常大。我還發現姿態模塊在靜止的時候也會有加速度產生，我該如何消除這個誤差呢，感謝各位大佬

發表于 03-29 11:34

激光跟蹤儀可以測量水平嗎？

激光跟蹤儀通常用于測量物體的位置、運動軌跡或形態，它的工作原理是利用激光束與物體表面的反射來確定物體的位置。雖然激光跟蹤儀主要用于測量物體的三維空間位置，但在特定的設置和使用條件下，也

發表于 03-20 14:11 ?1654次閱讀

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基于OpenHarmony的智慧牧場方案：生物運動軌跡跟蹤篇

評論

智慧園區人員定位及軌跡追蹤技術哪個好？

24GHz軌跡跟蹤雷達模組，可檢測區域內人員位置、數量

運動控制中如何實現路徑軌跡預測

24G雷達模塊LD2450 支持人體移動軌跡跟蹤與手勢識別

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