DIY一個智能書包監(jiān)控設備SmartWay

　　背景概述

　　在我們孩子年紀還小，剛好到了需要獨立上下學的時候，父母總是會擔心他們的孩子。并且我們會希望他們的孩子準時到校，按時回家，走指定的路。

　　SmartWay 旨在消除父母日常生活中的這種擔憂。SmartWay 將在您的孩子上下學時監(jiān)控他/她，確保您的孩子始終采取適當?shù)穆窂降竭_他/她的目的地學校。我自己也知道送孩子上學的簡單任務會有多大壓力，每個人都無法預測孩子上下學時可能發(fā)生的所有事情。

　　該項目針對所有在送孩子上學時感到壓力的人。SWay 會讓您放松，因為您知道您的孩子會安全到達學校。

　　SWay 將使用 GPS 監(jiān)控您孩子的地理位置，如果孩子偏離您分配給他/她的路徑，將立即向家長發(fā)送電子郵件。當孩子到家或上學時，SmartWay 還會向家長發(fā)送一封電子郵件，并在孩子遲到時通知他們。通過這種方式，父母可以坐下來享受他們的咖啡，因為他們能夠知道他們的孩子安全到達學校和家。

　　功能性

　　SmartWay 將持續(xù)監(jiān)控您孩子從醒來到回家的地理位置。該設備還配備了一個 RGB LED 和一個振動電機，如果您的孩子沒有采取正確的上學方式或遲到了，它會警告您的孩子，并在到達學校時發(fā)送通知。

　　該設備通過許多功能工作，以確保您的孩子是安全的。

　　第一個循環(huán)if（off track）檢測孩子是否偏離了指定的路徑，設備有一個系統(tǒng)來檢測這種情況發(fā)生的次數(shù)；如果您的孩子第一次偏離航向，設備將通過將 LED 變?yōu)榧t色并振動電機來警告他/她，然后孩子將有兩分鐘的時間回到航向。如果孩子繼續(xù)偏離航線兩分鐘，家長將收到一封電子郵件，警告他們的孩子偏離航線以及他/她的地理位置，電子郵件將每隔 2 分鐘發(fā)送一次，直到孩子到達在家或在學校。

　　if（school time）和if（home time）循環(huán)檢測是否到了上學和回家的時間，然后設備檢查孩子是否到校或回家，如果他/她及時到達，LED 將變?yōu)榫G色，并且設備將向家長發(fā)送一封電子郵件，通知他們他們的孩子連同到達時間一起到達了他/她的目的地。否則，如果到了開學時間而孩子不上學，它也會

　　設備只能發(fā)送 12 個字節(jié)的信息，因此發(fā)送時需要壓縮包。其他變量將在 SigFox 后端配置。

　　設備可以發(fā)送四個數(shù)據(jù)包：

　　孩子偏離路線 - （“路線偏離”）

　　孩子到家——（“在家”）

　　孩子到學?！ā霸趯W?！保?/p>

　　孩子遲到——（“遲到”）

　　預警系統(tǒng)

　　每當孩子到校、到家、遲到或偏離路線時，佩戴設備的孩子都會收到提醒

　　遲到：

　　到達目的地：

　　偏離路線：

　　設備工作中：

　　項目優(yōu)勢

　　使用此設備的家長可以：

　　確保他們的孩子安全往返學校

　　確保他們的孩子準時到達這些地點

　　確保他們的孩子不會偏離路線

　　節(jié)能和低成本 - 長效電池

　　構建項目

　　第 1 步：所需設備

　　要開始制作這個項目，我們需要收集材料。對于這個項目，您將需要：

　　跳線

　　NPN晶體管

　　陶瓷電容（0.1μF）

　　電阻器（220Ω）

　　電阻（1KΩ）

　　RGB LED

　　GPS模塊

　　振動電機單元

　　Arduino MKR Fox 1200

　　2x AAA/ AA 電池盒

　　AA電池

　　第 2 步：連接電路

　　下一步是連接電路；下面的圖片說明了具體是如何連接的。布線有多個部分，因此它們被分成不同的圖像。

　　第 3 步：確認代碼

　　代碼由多個函數(shù)組成，每個函數(shù)在項目的構成中發(fā)揮特定的作用。

　　警告系統(tǒng)

　　獲取 GPS

　　同步實時時鐘

　　實時位置

　　發(fā)送數(shù)據(jù)

　　動作響應

　　下面對這些部分進行說明：

　　void setOutputs()

{
?pinMode(R, OUTPUT);
?pinMode(G, OUTPUT);
?pinMode(B, OUTPUT);
?pinMode(motorPin, OUTPUT);
}
void vibrateMotor() // vibrate the motor cell
{
?digitalWrite(motorPin, HIGH);
?delay(1000);
?digitalWrite(motorPin, LOW);
}
void ledGreen() // LED, Green
{
?analogWrite(R, 0);
?analogWrite(G, 255);
?analogWrite(B, 0);
}
void ledOrange() // LED, Orange
{
?analogWrite(R, 255);
?analogWrite(G, 45);
?analogWrite(B, 0);
}
void ledRed() // LED, Red
{
?analogWrite(R, 255);
?analogWrite(G, 0);
?analogWrite(B, 0);
}
void resetLED() // Turn off LED
{
?analogWrite(R, 0);
?analogWrite(G, 0);
?analogWrite(B, 0);
}

這部分代碼可以在functions.h文件中找到。該代碼將通知孩子在當前狀態(tài)下佩戴該設備?？偟膩碚f，這些回路控制 RGB LED 和振動電機單元。

獲取 GPS

bool getGPS(int run)
{
?while(Serial1.available() > 0)
?{
? ?if(gps.encode(Serial1.read()))
? ?{
? ? ?if(run == 1)
? ? ?{
? ? ? ?processData();
? ? ?}
? ? ?else if(run == 2)
? ? ?{
? ? ? ?synchRTC();
? ? ?}
? ? ?if(gps.location.isValid() && gps.time.isValid() && gps.date.isValid())
? ? ?{
? ? ? ?return true;
? ? ?}
? ? ?else
? ? ?{
? ? ? ?return false;
? ? ?}
? ?}
?}
?if(millis() > 10000 && gps.charsProcessed() < 10)
?{
? ?Serial.println("Error - GPS Module Responded with Error");
? ?Serial.println(" ?Terminating Code");
? ?Serial.println("________________________________________");
? ?while(1) {};
?}
}

這是負責從 GPS 模塊接收位置和時間的循環(huán)。這個循環(huán)做了 3 件事，它用于setup loop同步 GPS，然后用于將板載 RTC 與 GPS 同步，并在主循環(huán)中用于獲取設備的地理位置。

同步實時時鐘

void synchRTC()
{
?Serial.println("Synching RTC");
?Serial.println("________________________________________");
?Serial.println(" ?OK - Initialising RTC");
?rtc.begin();
?Serial.println(" ?OK - Synching Time");
?// we have to trim the variable's first 2 digits (2018 -> 18)
?uint16_t yearRAW = gps.date.year();
?String yearString = String(yearRAW);
?yearString.remove(0,1);
?uint16_t year = yearString.toInt();
?rtc.setTime(gps.time.hour(), gps.time.minute(), gps.time.second());
?rtc.setDate(gps.date.day(), gps.date.month(), year);
?Serial.println(" ?Success - RTC Synched");
?Serial.println("________________________________________");
?Serial.println("");
?Serial.println("");
?Serial.println("");
}

這部分代碼將板載 RTC 與從 GPS 模塊接收到的時間同步，它首先從 GPS 模塊讀取數(shù)據(jù)然后進行處理。然后循環(huán)將板載 RTC 的當前時間設置為接收到的時間并啟動 RTC。

實時位置

bool processData()
{
?if(gps.location.isValid())
?{
? ?latitude = gps.location.lat();
? ?longitude = gps.location.lng();
? ?latitude = 53.355504;
? ?longitude = -6.258452;
? ?if(check.isOut())
? ?{
? ? ?if(check.track())
? ? ?{
? ? ? ?Serial.println("OUT OF BOUNDS");
? ? ? ?warn.offTrackLoop();
? ? ?}
? ?}
? ?if(check.isHomeTime() && arrivedSchool)
? ?{
? ? ?if(check.isHome())
? ? ?{
? ? ? ?Serial.println("AT HOME");
? ? ? ?warn.arrivedHomeLoop();
? ? ?}
? ? ?else
? ? ?{
? ? ? ?Serial.println("LATE -> HOME");
? ? ? ?warn.lateLoop();
? ? ?}
? ?}
? ?else if(check.isSchoolTime() && arrivedHome)
? ?{
? ? ?Serial.println(".");
? ? ?if(check.isSchool())
? ? ?{
? ? ? ?Serial.println("AT SCHOOL");
? ? ? ?warn.arrivedSchoolLoop();
? ? ?}
? ? ?else
? ? ?{
? ? ? ?Serial.println("LATE -> SCHOOL");
? ? ? ?warn.lateLoop();
? ? ?}
? ?}
? ?else
? ?{
? ? ?Serial.println("ON WAY");
? ?}
?}
}

該循環(huán)將處理設備的位置并將其與當前時間進行比較，以查看此時孩子應該在哪里。然后它將根據(jù)結果執(zhí)行適當?shù)牟僮鳌?/p>

動作響應

struct Do
{
?void offTrackLoop()
?{
? ?if(offTrackVar)
? ?{
? ? ?parseData(0);
? ?}
? ?vibrateMotor();
? ?ledRed();
? ?delay(1000);
? ?vibrateMotor();
? ?resetLED();
? ?offTrackVar = true;
? ?delay(120000);
?}
?void lateLoop()
?{
? ?if(!lateVar)
? ?{
? ? ?parseData(1);
? ?}
? ?vibrateMotor();
? ?ledOrange();
? ?delay(1000);
? ?resetLED();
? ?lateVar = true;
?}
?void arrivedHomeLoop()
?{
? ?lateVar = false;
? ?offTrackVar = false;
? ?vibrateMotor();
? ?ledGreen();
? ?delay(1000);
? ?resetLED();
? ?parseData(2);
? ?arrivedHome = true;
? ?arrivedSchool = false;
?}
?void arrivedSchoolLoop()
?{
? ?lateVar = false;
? ?offTrackVar = false;
? ?vibrateMotor();
? ?ledGreen();
? ?delay(1000);
? ?resetLED();
? ?parseData(3);
? ?arrivedHome = false;
? ?arrivedSchool = true;
?}
};

調(diào)用此結構以對Process Location給出的響應采取行動，它會警告孩子切換 RGB LED 和振動電機單元。如有必要，它還會向 SigFox 發(fā)送一個包。

發(fā)送數(shù)據(jù)

void parseData(int state)
{
?SigFox.beginPacket(); // begin the message sending process
?if(state == 0) // off track
?{
? ?SigFox.print("off track"); // send the message
?}
?else if(state == 1) // late
?{
? ?SigFox.print("late"); // send the message
?}
?else if(state == 2) // arrived home
?{
? ?SigFox.print("at home"); // send the message
?}
?else // arrived school
?{
? ?SigFox.print("at school"); // send the message
?}
?SigFox.endPacket();
}

　　該函數(shù)將數(shù)據(jù)發(fā)送到 SigFox，開始發(fā)送數(shù)據(jù)包，然后解析適當?shù)闹怠?/p>

　　設置變量

　　代碼將包含多個變量，這些變量必須自定義以適應客戶端，客戶端將被要求設置

　　上學時間

　　孩子旅行的時間

　　學校結束的時間

　　調(diào)試

　　學校地理位置（LAT、LNG）；

　　家庭地理位置（LAT、LNG）；

　　設置變量：

　　設置

　　確保電路接線正確后

　　第 1 步

　　打開SigFox 后端并登錄您的 SigFox 帳戶。

　　第 2 步

　　點擊頁面頂部下拉菜單中的“設備類型”

　　第 3 步

　　選擇您的 Arduino MKRfox 并單擊編輯

　　第 4 步

　　從左側菜單中選擇回調(diào)，然后導航到右上角的“新建”按鈕。

　　第 5 步

　　單擊新建后，您將看到一些回調(diào)配置選項，單擊自定義回調(diào)

　　接下來將打開一個窗口，填寫給定的表格來創(chuàng)建您的回調(diào)

　　將類型設置為數(shù)據(jù)、上行鏈路

　　將頻道設置為電子郵件

　　自定義有效負載將讀取板子發(fā)送的數(shù)據(jù)然后對其進行格式化，在我們的例子中，您必須聲明一個變量str ，：：然后是變量類型char 和該變量占用的字符數(shù)10 。最后你應該有這樣的東西str：：char:10

　　將收件人設置為數(shù)據(jù)將發(fā)送到的電子郵件地址。

　　根據(jù)需要設置電子郵件的主題。

　　在消息字段中，您可以默認使用多個變量，無需從您的設備發(fā)送它們，我們將使用{device} （設備 ID）、{lat} （模塊的緯度）和{lng} （模塊的經(jīng)度），這些變量將自動發(fā)送到 SigFox到 12 個字節(jié)的有效負載中，因此您可以使用它們而無需專門從您的設備發(fā)送這些字符串。我們還將使用{customData#str} 這個變量來保存 Arduino MKR1200 fox 發(fā)送的數(shù)據(jù)，customData 指的是設備發(fā)送的個性化數(shù)據(jù)#str 表明設備將讀取設備str 發(fā)送的字符串。

　　我們還將添加一個網(wǎng)站來檢查接收到的坐標，使用谷歌地圖，我們可以在地圖上精確定位接收到的數(shù)據(jù)。這是 url https://www.google.com/maps/？q={lat}，{lng} ， lat 和 lng 將自動更改為緯度和經(jīng)度變量。

　　最后，您的消息應如下所示：