玩嗨 OpenHarmony：基于 OpenHarmony 的智慧牧场方案 3/4 生物运动轨迹跟踪篇

玩嗨 OpenHarmony：基于 OpenHarmony 的智慧牧场方案 3/4 生物运动轨迹跟踪篇

原文引自电子发烧友论坛 HarmonyOS技术社区 《基于OpenHarmony的智慧牧场》

1. 背景知识

1.1 牧场定位的意义

在智慧牧场解决方案中，实时检测牲畜的活动状况是非常重要的环节。现在已经不是放牛和牧羊犬的时代了。面临大范围牧场上牲畜走失，寻找困难，过度放牧导致草场退化等问题，通过穿戴式的生物跟踪部件，可以有效解决以上的问题。

当大量牲畜散布在地面上时，牧场管理员往往发现很难跟踪正在发生的事情。需要一个系统来确定牲畜在任何给定时间的位置和行驶的距离。此外，跟踪系统也会防止任何类型的盗窃，因为牧场管理员可以使用跟踪报告来定位被盗牲畜。 

1.2 室外定位技术比较

目前的室外定位技术，大体上分为如下几种类别：

信号载体典型定位方式定位精度不足
北斗/GPS卫星民用领域3个观测方程式求解位置10米级遮挡影响较大
蜂窝移动网络GSM基于TC-OFODM信号进行测距定位100米级对基站依赖程度较高
5G超密集组网下的定位技术/面向5C的TDOA和AOA定位技术、面向5G网络上行定位和下行定位100米级抗干扰有局限性
惯性导航基于航位推算方法米级存在累计漂移误差
地球磁场基于信号场强定位或与其他技术组合应用米级地球指纹特征差异小

基于GPS和GSM的定位在全世界被广泛使用，可以用来确定其所连接生物的精确位置。这种器件成本低、可靠性高，并具有精确跟踪功能。可以提供有效、实时的物体、生物的位置报告和时间信息。

2. 解决方案概要

该方案采用基于全球移动通信系统（GSM）技术和GPS技术的嵌入式系统。该系统安装在生物穿戴设备中。接口GSM模块连接到Hi3861。该系统提供以下功能：a）位置信息，b）使用短信进行实时跟踪。

3. 硬件设计

3.1 SIM808模块调制解调器模块

可以选用GSM、GPRS、GPS三合一功能的SIM808模块。支持GSM/GPRS Quad-Band网络，结合GPS技术进行卫星导航。它具有睡眠模式下的超低功耗，并集成了锂离子电池充电电路，使其具有超长的待机时间，方便使用可充电锂离子电池的项目。它具有高 GPS 接收灵敏度，具有 22 个跟踪和 66 个采集接收器通道。模块通过 UART（编者注：Universal Asynchronous Receiver/Transmitter 通用异步接收器/发送器的英文缩写） 由 AT 指令控制，支持 3.3V 和 5V 逻辑电平。

GSM调制解调器的工作基于命令，命令始终以“AT开头”（表示注意），以“＜CR＞字符结束”，例如拨号命令是ATD＜number＞；ATD7814629081；这里，拨号命令以分号（；）结束。在Hi3861的帮助下，该AT命令被提供给GSM调制解调器。GSM调制解调器在MAX 232 IC的帮助下与微控制器串行连接。GSM指定的频率范围为1850到1990 MHz（移动台到基站）。

3.2 Hi3861

Hi3861开发板模组大小约2cm*5cm，是一款高度集成的2.4GHz WLAN SoC。

Hi3861芯片集成高性能32bit微处理器、拥有丰富的外设接口，芯片内置SRAM(编者注：Static Random-Access Memory 静态随机存取存储器的英文缩写)和Flash，并支持在Flash上运行程序。

Hi3861模组有2MB FLASH，352KB RAM。但我们编写代码时，要注意对有限资源的合理利用。

Hi3861可以说是麻雀虽小，五脏俱全。Hi3861的外设接口包括(外部主晶振为40M或者24M)：

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

Hi3861主控功能框架图如下：

在该系统中，它用于同步GSM和GPS的操作。GPS连续向微控制器发送位置数据，即车辆位置的纬度和经度，而GSM从微控制器发送和接收数据。GPS调制解调器连续提供许多参数作为输出，但只有NMEA（编者注：National Marine Electronics Association 国家海洋电子协会的英文缩写）数据被读取并“显示在OLED上”。将相同的数据发送给移动用户，以便可以知道车辆的确切位置。用户的移动号码存储在EEPROM（编者注：Electrically Erasable Programmable read only memory 带电可擦可编程只读存储器 的英文缩写）中。

4. 软件设计

软件编程是用C语言完成的。GPS从卫星接收的数据（坐标）在软件中定义。解码NMEA（国家海洋电子协会）协议是开发该软件的主要目的。软件程序中应包含用户的手机号码，以便从我们在GSM调制解调器中使用的SIM卡接收位置值。NMEA协议由一组ASCII字符集的消息组成。GPS接收数据并以ASCII逗号分隔的消息字符串的形式显示。$’在每条消息的开头使用符号。位置（纬度和经度）的格式为ddmm。mmmm（度数分钟和十进制分钟）。软件协议由GGA（编者注：Global Positioning System Fix Data 全球定位系统固定数据）和GLL（编者注：Geographic Position 地理位置-纬度/经度）组成。但在这个系统中，我们只使用GGA。系统流程图如下所示：

具体代码实现：


/***** 获取电压值函数 *****/
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\n");
    }

    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 != '\0')
    {
        if (*lptr == ',' && *(lptr + 1) == ',')
        {
            tmp[counter] = *lptr;
            counter++;
            tmp[counter] = '0';
        } else if (*lptr == '\r' && *(lptr + 1) == '\n' && 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, "\r\n");
    if (localptr == NULL)
    {
        return;
    }
    strncpy(gpsdata->VPA, localptr, sizeof(gpsdata->VPA));
}

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

        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:len:%d,cmd:%s.\n", 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.\n", 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\r\n");
            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!\r\n");
        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\r\n", strlen("AT+CGNSINF\r\n"));
    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.\n", 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.\n", gpsData.latitude);
            printf("logitude:%s.\n", 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!\r\n");
        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\r\n", strlen("AT+CSQ\r\n"));
    printf(" sendCmd=%s\n", 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;\r\n", cellPhoneNumeber);
    printf(" sendCmd=%s\n", sendCmd);
    ret = GsmSendCmd(sendCmd, strlen(sendCmd));
    if (ret == HI_ERR_FAILURE)
    {
        return HI_ERR_FAILURE;
    }

    return HI_ERR_SUCCESS;
}

后期预告

《智慧牧场之室内管理系统篇》

写在最后

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