GUS帶你了解社交距離的游戲

GUS 徽章使用其兩個“眼睛”R、G、B LED 指示其當(dāng)前狀態(tài)：

Left    Right    Description
RGB     RGB      Identify - Flashing in Red, Green, and Blue
Green   Green    Healthy, no mask, no vaccine
Green   Yellow   Healthy, with mask
Blue    Blue     Healthy, with vaccine
Blue    Yellow   Healthy, with mask and vaccine
Red     Red      Infected, no mask and no vaccine
Yellow  Red      Infected, with mask
Blue    Red      Infected, with vaccine
Yellow  Yellow   Infected, with mask and vaccine
Off     Off      Badges are inactive

示范

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該視頻演示了 GUS 使用紙孩子而不是真實的東西。它經(jīng)過大量編輯以適應(yīng)指定的時間限制。它顯示了以下特點：

• 掃描徽章
• 編輯徽章名稱
• 將學(xué)生標(biāo)記為感染病毒
• 配置課堂模式模擬
• 分析模擬
• 用口罩和疫苗標(biāo)記學(xué)生
• 重新運行修改后的模擬
• 配置 GUS Tag Live 模式（在感染發(fā)生時顯示感染）
• 記錄學(xué)生之間的聯(lián)系并查看效果。

構(gòu)建項目

該項目的代碼可在 github 上找到（參見代碼部分）。GUS 徽章和教師徽章有不同的項目。它還需要安裝Nordic nRF Connect SDK版本 1.5.0（1.5.1 構(gòu)建但尚未經(jīng)過測試）。

GUS徽章項目

構(gòu)建和下載 GUS 徽章代碼就像按照北歐關(guān)于構(gòu)建和編程示例應(yīng)用程序的說明一樣簡單。只需為項目使用 GUS 徽章文件夾，對于需要瀏覽到GUS 項目文件夾中的board\arm\gus_bl652文件夾的電路板名稱。

GUS教師項目

構(gòu)建 GUS 教師項目需要幾個額外的步驟：

• 需要修改 SDK 以支持 adaFruit 展示。請按照GUS Teacher 項目中的README.md文件中的注意事項進行操作。
• nRF5340板在使用前可能需要準(zhǔn)備。按照SES指令中的網(wǎng)絡(luò)示例編程。

之后，可以使用與 GUS 徽章中相同的步驟構(gòu)建和加載 GUS Teacher 項目，使用 GUS Teacher 作為項目，使用nrf5340dk_nrf5340_cpuapp作為板名。

供應(yīng)

對 GUS 徽章和教師徽章進行編程后，需要使用nRF Mesh 智能手機應(yīng)用程序配置網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)需要：

• 1 個應(yīng)用程序密鑰
• 1 組名GUS Group

Gus_Teacher 的元素 1 的供應(yīng)商模型 0x0032 需要以下內(nèi)容：

• 綁定應(yīng)用程序密鑰 > 應(yīng)用程序密鑰 1
• 出版物 > Gus Group
• 訂閱 > Gus Group

每個 Gus 徽章的供應(yīng)商型號 0x0032 需要以下內(nèi)容：

• 綁定應(yīng)用程序密鑰 > 應(yīng)用程序密鑰 1
• 出版物 > Gus Group
• 訂閱 > Gus Group

供應(yīng)

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硬件

教師徽章

教師徽章的制作是微不足道的。只需將 Adafruit 顯示器插入 nRF5340DK 板上，將 USB 移動電源連接到 J2，為顯示器添加 3D 打印邊框和橡皮筋，您就擁有了高級可穿戴 GUS 教師徽章。

• nRF5340 硬件文檔
• adafruit 觸摸屏技術(shù)細節(jié)

GUS教師硬件

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GUS 徽章

制作 GUS 徽章稍微復(fù)雜一些。GUS 徽章建立在 30x35mm pcb 上，并使用 nRF52832 模塊 (Larid BL652)。我本來希望使用 nRF5340 模塊，但在項目開始時可用性受到限制。該電路非常簡單，除了電源和接地之外的所有走線都在一層，這使得我可以輕松構(gòu)建自己的 PCB。

• J2是調(diào)試用的串口接口
• J3 是 JTAG 連接
• 除 TP4 外，其他測試點均未使用，TP4 在接地短路時會導(dǎo)致節(jié)點復(fù)位（從網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中移除）。

功耗約為 7-10 毫安，這對于紐扣電池供電的設(shè)備來說有點高。然而，CR2032 電池可以提供 220mah 的電量，這對于一節(jié)課甚至兩節(jié)課來說已經(jīng)綽綽有余了。可充電電池可能是更好的解決方案。

示意圖

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GUS 徽章 PCB、CAD 和內(nèi)置

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軟件

藍牙網(wǎng)狀模型

GUS VENDOR MODE 是基于 nRF Connect SDK 網(wǎng)格聊天示例的自定義網(wǎng)格模型。教師徽章是客戶端節(jié)點，GUS 徽章是服務(wù)器節(jié)點。關(guān)鍵操作是：

• 登入
• 設(shè)置狀態(tài)
• 設(shè)置名稱
• 請求報告
• 檢查接近度

登錄是第一個需要運行的操作，但可以隨時運行。當(dāng)點擊 GUI 上的掃描按鈕時會發(fā)生這種情況。它為客戶端提供了一種發(fā)現(xiàn)所有活動 GUS 徽章節(jié)點的地址并檢索與它們關(guān)聯(lián)的名稱的方法。教師徽章會發(fā)布登錄消息，并且所有已配置和活動的徽章都會以他們的名字進行響應(yīng)。

Teacher          Badge1   Badge2  ...   BadgeN
  Signin----->-----^--------^-------------^       Published signin
     <-------------|                              Reply with name
     <----------------------|                            "
     <------------------------------------|              "

Set-State設(shè)置所有徽章或特定徽章的狀態(tài)。狀態(tài)通常是指健康/感染、戴口罩或接種疫苗，它們點亮 LED 眼睛以反映狀態(tài)。還可以識別導(dǎo)致 LED 在有限時間內(nèi)閃爍的狀態(tài)或使 LED 變暗的關(guān)閉狀態(tài)。在模擬分析開始時，教師徽章向所有 GUS 徽章發(fā)布“健康” ，然后更新每個需要不同狀態(tài)的徽章的狀態(tài)。

Teacher             Badge1   Badge2  ...   BadgeN
  >-SS healthy--->----^--------^-------------^      Published set state healthy
  >-SS masked--->-----^                             Set State Badge1 masked
  >-SS infected->--------------^                    Set State Badge2 infected

Set-Name 更改與徽章關(guān)聯(lián)的名稱。它響應(yīng)于在 GUI中點擊編輯名稱而發(fā)生。徽章名稱存儲在徽章上，并在登錄時檢索。徽章還包含基于徽章節(jié)點地址選擇的常用默認(rèn)名稱列表（持久性未完全實現(xiàn)）。

Teacher             Badge1   Badge2  ...   BadgeN
  >-Set Name Bjorn ->----------^                    Name of Badge2 changed to Bjorn

請求報告是一項復(fù)雜的操作，它結(jié)合了從徽章中檢索聯(lián)系信息以及啟動附近的徽章檢查。當(dāng)處于 GUS 標(biāo)記模式時，它會響應(yīng)點擊 GUI 中的“記錄”按鈕而發(fā)生。當(dāng)徽章收到報告請求消息時，它會發(fā)送包含六個最近最重要聯(lián)系人列表的回復(fù)。然后，它會清除其聯(lián)系人列表并向所有其他徽章發(fā)布“檢查接近度”消息。任何看到Check Proximity消息的徽章都會將發(fā)件人的地址和消息的 RSSI 添加到自己的聯(lián)系人列表中。到教師徽章發(fā)送報告請求時對于每個 GUS 徽章，每個 GUS 徽章都有機會查看它們是否與其他任何徽章接觸。教師的徽章在錄制時以每五秒一次的速率發(fā)送報告請求，從而有時間進行近距離檢查。如果網(wǎng)絡(luò)中有 10 個 GUS 徽章，則需要 5 * 10 = 50 秒才能從所有徽章中檢索報告。

Teacher          Badge1   Badge2  ...   BadgeN
  Report Req->-----^                             Report requested from Badge1
     <-------------|                             Badge1 replies with contacts
                 Proximity--^-------^-----^      Badge1 publishes Proximity, all other
                                                   badges record contact if received.
  Report Req->--------------^                    Report requested from Badge2
     <----------------------|                    Badge2 replies with contacts
                   ^-Prox-<-|->-Prox--^---^      Badge2 publishes Proximity, all other
                                                   badges record contact if received.
...
  Report Req->----------------------------^      Report requested from BadgeN
     <-------------|                             BadgeN replies with contacts
                   ^--------^------Prox-<-|      BadgeN publishes Proximity, all other
                                                   badges record contact if received.
...                                              The process repeats while recording

關(guān)于藍牙 Mesh 的一條評論，我很難理解如何做我需要做的事情。看起來應(yīng)該很簡單的問題，例如客戶端如何確定服務(wù)器節(jié)點的地址卻很難找到。幸運的是，北歐團隊能夠提供幫助。但似乎這樣的答案應(yīng)該可以通過網(wǎng)絡(luò)搜索找到。

圖形用戶界面

GUI 使用LVGL庫，初始代碼主要來自 LVGL Widgets 演示。它使用消息隊列來保持響應(yīng)而不影響代碼的其他部分。使用 Visual Studio 2019 在模擬器中運行代碼大大加快了 GUI 的開發(fā)。采用了許多快捷方式來加快開發(fā)速度，例如使用按鈕偽造選項卡對話框，而不是在嘗試使用選項卡式小部件時嘗試找到崩潰的根源。此外，與使用容器和填充物等適當(dāng)?shù)亩ㄎ辉O(shè)備不同，控制位置和大小是硬編碼的。所以 GUI 實現(xiàn)并不是如何使用 LVGL 創(chuàng)建 GUI 的一個很好的例子。但結(jié)果看起來相當(dāng)體面且反應(yīng)靈敏（多虧了快速處理器）。

模擬

該模擬假設(shè)您的感染風(fēng)險與與感染者的距離的平方成反比。而且風(fēng)險是累積的，戴口罩大大降低了感染者戴口罩的風(fēng)險，但只能適度保護口罩佩戴者，接種疫苗的人不會被感染，傳播病毒的機會也會降低。

模擬代碼有自己的消息隊列。該代碼保留一個活動徽章列表，其中包含初始感染狀態(tài)、蒙面、接種疫苗和病毒總暴露等信息。它還維護了任意兩個徽章之間的聯(lián)系人列表以及它們之間的距離，這會影響曝光級別。聯(lián)系人列表可能會變得相當(dāng)大，可能會影響響應(yīng)時間。計算總曝光的算法有時需要多次遍歷聯(lián)系人列表，這也會影響響應(yīng)時間。然而，nRF5340 在滿足處理需求方面沒有問題，而且我從未注意到任何減速。

兩種操作模式，課堂和GUS 標(biāo)簽模式都使用相同的聯(lián)系人列表和大部分相同的代碼。由于首先開發(fā)了Classroom代碼，因此它采用了更復(fù)雜的方法來處理聯(lián)系信息。實施GUS Tag模式代碼后，聯(lián)系人列表最終按時間組織得比最初預(yù)期的要好得多，從而簡化了處理過程。課堂模式代碼的代碼可以簡化，但到目前為止似乎沒有必要。

未來的擴展

如果有更多的時間，可以添加更多的功能。在GUS Tag 的當(dāng)前實現(xiàn)中，直到分析階段才知道誰被感染或誰被感染。如果徽章離得太近或剛剛被感染，一項簡單的修改將使徽章實時響應(yīng)。聯(lián)系人列表包含所有發(fā)生的接觸，因此可以嘗試不同的場景，即人們現(xiàn)在戴著口罩或最初感染了不同的人。還可以搜索特定徽章已進行的所有聯(lián)系或哪個徽章已進行了最多的聯(lián)系。如果徽章中的處理器升級到 nRF5340，則可以添加徽章之間的方向，允許教師徽章以圖形方式繪制徽章與時間的關(guān)系圖。

其他詳情

制作 PCB 本身就是一個有趣的小項目。KiCad 用于進行布局以及我們?yōu)楹喕附雍豌娤魉龅膸准?，例如移?nRF532830 模塊不需要的焊盤和使 PCB 走線更粗。我關(guān)注了TeachingTech 的 YouTube 視頻，介紹了從布局到工廠的過程。這是一個 1:15 分鐘的 PCB 制作視頻。實際時間不到5分鐘。

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