遠(yuǎn)足追蹤器開源分享

描述

什么是遠(yuǎn)足追蹤器？

Hiking Tracker是一款可以感知徒步旅行者在徒步過(guò)程中周圍環(huán)境變化的設(shè)備。

這個(gè)想法是觀察溫度、壓力、濕度、高度、位置、方向等的變化。它提供了一些關(guān)于徒步旅行的有趣見解。

與低地相比，在寒冷、干燥、低密度空氣的山區(qū)，許多人發(fā)現(xiàn)呼吸困難。有些人會(huì)出現(xiàn)皮膚干燥刺激。該設(shè)備讓對(duì)徒步旅行感興趣的人了解他們的極限。還有去高海拔地方的樂(lè)趣。能夠知道海拔是一件有趣的事情！

不僅是山脈，還探索沼澤、沙漠、森林——每一個(gè)都有其獨(dú)特的環(huán)境特征，能夠在旅途中監(jiān)測(cè)環(huán)境是了解自然的更好方式。

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堆疊層

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第 1 步：硬件，這是為了什么？

這個(gè)項(xiàng)目有很多感應(yīng)

附件屏蔽板帶有一些板載 I2C 設(shè)備：

• 用于感測(cè)環(huán)境溫度的 LM 75B 溫度傳感器
• ADXL345 3 軸加速度計(jì)，用于感應(yīng)傾斜和重力
• DS3231 用于感應(yīng)時(shí)間的高精度 RTC
• HMC5883 3 軸磁傳感器，用于感應(yīng)羅盤航向
• AM2320 濕度傳感器，用于感測(cè)空氣的 % RH
• BMP180壓力傳感器，用于感測(cè)大氣壓力和高度
• MTK3339 GPS 傳感器，用于感應(yīng)位置和步行距離

在 Arduino Uno 上：

• 3.9k + 22k 分壓器，用于感應(yīng) 4節(jié) AA電池電壓
• 1306 OLED 用于查看數(shù)據(jù)
• 警報(bào)蜂鳴器
• 此項(xiàng)目不需要 RGB LED
• XBee 接口不使用，但 Arduino D2、D3、D9、D10 可以從該接口中取出用于其他項(xiàng)目，D2 連接到復(fù)位，允許從代碼復(fù)位 Arduino！
• 未使用 5 向操縱桿
• 101鍋沒(méi)用

第 2 步：修改和連接硬件

對(duì) Arduino Uno 進(jìn)行了少量修改。它安裝在帶有螺絲支架和熱膠的 4 AA 電池座上。

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1 / 2 ? Arduino 位于電池座頂部

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4 AA 和 CR1220（用于 RTC）安裝在電池座上。

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1 / 2 ? 4 AA 帶支架

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電池座和 Arduino Uno 板之間有一個(gè)空間，可以放置壓力、濕度、磁性和 GPS 傳感器。

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1 / 2 ?傳感器空間

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I2C 傳感器焊接在一塊預(yù)制板上并放置在該空間中

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1 / 2 ?壓力、濕度、磁性傳感器在 I2C 通道上連接在一起

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這些傳感器從底部連接到 Arduino Uno：

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傳感器的 I2C 連接和電源（將被焊接）

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增加了一個(gè)分壓器來(lái)測(cè)量 4 節(jié) AA 電池的電池電壓。

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分壓器焊接在電源桶連接器上

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AA 電池組電壓檢測(cè)線連接到 ADC A1：

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分壓器到 ADC A1

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屏蔽的操縱桿通過(guò)引腳 A5 映射到 ACD 引腳 A1。這就是為什么要拆焊并移除操縱桿的原因。

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5 向操縱桿已移除

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通過(guò)將 Accessory Shield 上的一些焊盤（示意圖見參考）與焊橋 D2（用于軟復(fù)位）連接，Arduino 的 D3、D9、D10 引腳可在 Xbee 接口上使用。

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1 / 2 ? D9、D10 引腳分接焊橋

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組件堆棧如下：

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把它們放在一起！

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• 頂層：Arduino 上的附件屏蔽
• 中間層：其他傳感器和 GPS 將位于 Uno 和電池盒之間
• 底層：4 AA 電池座，帶電池

連接如下所示：

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互連

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第 3 步：對(duì)設(shè)備進(jìn)行編程

Arduino IDEBuild 1.8.5用于對(duì)設(shè)備進(jìn)行編程。首先使用庫(kù)管理器包含或下載以下所有庫(kù)。

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添加庫(kù)

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通過(guò)在庫(kù)管理器的搜索框中輸入傳感器的名稱，將出現(xiàn)相應(yīng)的庫(kù)。

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單擊安裝以添加新庫(kù)

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一些 Accessory Shield 庫(kù)（請(qǐng)參閱參考資料）是通過(guò)zip.file選項(xiàng)添加的

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使用庫(kù) zip 手動(dòng)添加庫(kù)

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添加必要的庫(kù)后，會(huì)檢查每個(gè)傳感器的示例代碼以找出相關(guān)傳感器的 API。

接下來(lái)，所有庫(kù)頭文件都包含在一個(gè)空的 Arduino 草圖中。

頭文件列表

math.h,inttypes.h,Wire.h,lm75.h,ADXL345.h,ChainableLED.h,U8glib.h,ds3231.h,Adafruit_Sensor.h,Adafruit_AM2320.h,Adafruit_BMP085_U.h,Adafruit_HMC5883_U.h,Adafruit_GPS.h

經(jīng)過(guò)多次編輯、編譯和調(diào)試（包括松散的連接，我發(fā)現(xiàn) BMP180 可能由于 I2C 引腳的泄漏電源而在沒(méi)有 Vcc 的情況下工作）并上傳 - 最后代碼準(zhǔn)備好了。

注意事項(xiàng)

• 高度計(jì)算基于氣壓降，僅適用于正常天氣條件。

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氣壓與海拔高度

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• 指南針代碼未在軟件中進(jìn)行傾斜補(bǔ)償，設(shè)備必須保持在水平面上。有一個(gè)固定的羅盤圓，其中還有另一個(gè)可變半徑圓。當(dāng)設(shè)備傾斜時(shí)，內(nèi)圈會(huì)增加。當(dāng)它處于水平位置時(shí)（即加速度的 x 和 y 分量幾乎為 0），內(nèi)圓將減小到一個(gè)點(diǎn)。這是羅盤航向更準(zhǔn)確的時(shí)候。
• 指南針指針的偏角取決于地球磁場(chǎng)的位置和變化。這可能會(huì)受到太陽(yáng)風(fēng)暴的影響。如果不包括偏角，羅盤航向?qū)⑵x幾度。

查找您所在地區(qū)的磁偏角：http: //www.magnetic-declination.com

• 指南針航向容易受到附近磁性物體的影響，例如山上存在強(qiáng)磁性礦物。
• 器件的最低工作電壓約為 4.5 伏。此時(shí)應(yīng)更換 AA 電池。
• 時(shí)間和日期是通過(guò)代碼編程的，如果需要時(shí)間來(lái)更換紐扣電池，必須拔下并插上電源。代碼中帶有新時(shí)間的新程序上傳將更改時(shí)間。
• 在開發(fā)期間 GPS 模塊不可用。因此，演示坐標(biāo)放置在經(jīng)緯度中。如果有人希望復(fù)制此項(xiàng)目，則需要包含 GPS 庫(kù)和相關(guān)代碼。
• 加速度計(jì)和磁力計(jì)的 XY 平面以 PCB 上的布局為準(zhǔn)。代碼需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。
• 加速度計(jì)讀數(shù)精度容易受到振動(dòng)。建議在靜止?fàn)顟B(tài)下使用設(shè)備。

改進(jìn)范圍

可以從固件方面對(duì)更多功能進(jìn)行改進(jìn)：

• 在 EEPROM 上定期記錄參數(shù)
• 達(dá)到高度/位置里程碑時(shí)的蜂鳴器警報(bào)聲
• 喝水提醒
• 休息提醒
• 低電量報(bào)警
• 低溫、濕度警報(bào)
• 用于傾斜補(bǔ)償?shù)闹改厢樮浖?zhǔn)（大量三角函數(shù)）
• 通過(guò) Gateway 應(yīng)用程序使用 GPS 和 IoT 連接自動(dòng)獲取偏角

至于硬件部分的改進(jìn)：

• 用于設(shè)置時(shí)間、偏角等的用戶輸入開關(guān)。
• 設(shè)備的定制 3D 外殼
• 使用可充電鋰電池
• 單板緊湊型 PCB 設(shè)計(jì)，更便攜

結(jié)論

Travel & Hiking 很酷，當(dāng)你可以檢查周圍環(huán)境的變化時(shí)，它會(huì)讓事情變得更有趣。特別是在徒步旅行時(shí)，在數(shù)小時(shí)內(nèi)檢查海拔、濕度、壓力和溫度的變化。這個(gè)設(shè)備讓你知道你在什么高度感到高原反應(yīng)，什么濕度水平讓你的皮膚干燥——諸如此類。盡管在電路布局和代碼方面都有改進(jìn)的空間來(lái)處理這些警告，但在荒野中擁有這樣的小工具仍然很酷！

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