原標(biāo)題：如何有效實(shí)施多連接資產(chǎn)跟蹤應(yīng)用程序

　　先進(jìn)的資產(chǎn)跟蹤應(yīng)用程序，如牲畜監(jiān)控、車隊(duì)管理和物流，自動(dòng)捕獲被跟蹤對(duì)象的當(dāng)前狀態(tài)信息和位置坐標(biāo)。內(nèi)置應(yīng)答器將其日志記錄數(shù)據(jù)中繼到云，并使其可用于控制中心或移動(dòng)設(shè)備。在工廠車間，通常需要短距離無(wú)線數(shù)據(jù)更新來(lái)交換物流數(shù)據(jù)、過(guò)程歷史記錄和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、更改配置或在應(yīng)答器存儲(chǔ)器中執(zhí)行固件更新。

　　此類資產(chǎn)跟蹤系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)人員面臨著設(shè)計(jì)多功能傳感器應(yīng)答器的挑戰(zhàn)，該應(yīng)答器通過(guò)各種長(zhǎng)距離和短程無(wú)線電協(xié)議進(jìn)行通信，收集各種測(cè)量數(shù)據(jù)，無(wú)需更換電池即可運(yùn)行數(shù)月，并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供所有數(shù)據(jù)。此外，設(shè)計(jì)人員必須在降低成本和縮短上市時(shí)間的同時(shí)完成所有這些工作。

　　雖然任務(wù)的艱巨性可能令人不知所措，但設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)使用已經(jīng)集成了許多所需硬件和軟件的開(kāi)發(fā)套件來(lái)節(jié)省大量時(shí)間和精力。

　　本文討論了跨多個(gè)應(yīng)用程序的高級(jí)資產(chǎn)跟蹤的技術(shù)要求。然后，它介紹了一個(gè)多功能開(kāi)發(fā)套件，來(lái)自 意法半導(dǎo)體 這大大減少了原型設(shè)計(jì)、測(cè)試和評(píng)估所需的工作量。它提供了對(duì)開(kāi)發(fā)套件關(guān)鍵功能特性的洞察，并展示了開(kāi)發(fā)人員如何輕松定制組合片上系統(tǒng) (SoC) 模塊的功能，而無(wú)需編碼，然后從云中檢索和可視化數(shù)據(jù)。

　　無(wú)線測(cè)量應(yīng)答器的特點(diǎn)

　　資產(chǎn)跟蹤具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，每個(gè)領(lǐng)域都需要非常具體的應(yīng)答器和鏈接網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)備。圖 1 列出了無(wú)線測(cè)量應(yīng)答器在四個(gè)應(yīng)用類別中的技術(shù)特性。

　　圖 1：無(wú)線測(cè)量應(yīng)答器的功能取決于資產(chǎn)跟蹤應(yīng)用。(圖片來(lái)源：意法半導(dǎo)體)

　　隨物體攜帶的自主應(yīng)答器必須檢測(cè)環(huán)境影響、物體的位置和狀態(tài)(傳感，圖 1)，存儲(chǔ)它，并在下一次機(jī)會(huì)通過(guò)各種無(wú)線接口中的任何一個(gè)廣播它(連接)。信號(hào)處理和轉(zhuǎn)換為各種無(wú)線協(xié)議必須由具有高度數(shù)據(jù)安全性(“處理和安全”)的足夠強(qiáng)大的微控制器(MCU)處理。MCU還控制能量管理(“電源管理”)，從而確保應(yīng)答器電池具有較長(zhǎng)的使用壽命。

　　資產(chǎn)跟蹤應(yīng)用程序所需的數(shù)據(jù)可用性會(huì)影響傳感器的復(fù)雜性，并需要適當(dāng)?shù)倪B接。對(duì)于可預(yù)測(cè)的已知運(yùn)輸路線，例如包裹遞送，只需將測(cè)量信號(hào)存儲(chǔ)在應(yīng)答器中就足夠了。然后，可以在下一個(gè)物流檢查站使用藍(lán)牙低功耗 (BLE) 或近場(chǎng)通信 (NFC) 近距離讀取數(shù)據(jù)。

　　在車隊(duì)管理以及物流和長(zhǎng)距離牲畜監(jiān)控的情況下，應(yīng)盡可能接近實(shí)時(shí)地從應(yīng)答器通過(guò)云傳輸?shù)阶罱K用途應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)傳輸。因此，應(yīng)答器需要一個(gè)移動(dòng)無(wú)線電接口來(lái)覆蓋廣泛的范圍。選項(xiàng)包括 LoRaWAN (遠(yuǎn)程， 廣域網(wǎng))， Sigfox， 和窄帶物聯(lián)網(wǎng) (NB-IoT) 因?yàn)檫@些協(xié)議針對(duì)低吞吐量進(jìn)行了優(yōu)化， 節(jié)能數(shù)據(jù)傳輸.

　　完整的資產(chǎn)跟蹤生態(tài)系統(tǒng)，減少開(kāi)發(fā)工作量

　　希望以經(jīng)濟(jì)和省時(shí)的方式實(shí)現(xiàn)其資產(chǎn)跟蹤應(yīng)用程序(ASTRA)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以使用多功能 STEVAL-ASTRA1B 意法半導(dǎo)體的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。該平臺(tái)包含多個(gè)IC和SoC模塊，大大簡(jiǎn)化了創(chuàng)新跟蹤和監(jiān)控解決方案的原型設(shè)計(jì)、編程、測(cè)試和評(píng)估。該開(kāi)發(fā)套件包括模塊化評(píng)估板、固件庫(kù)、編程工具和電路文檔，以及用于移動(dòng)設(shè)備的應(yīng)用程序和基于 Web 的可視化界面(圖 2)。

　　圖 2：即用型資產(chǎn)跟蹤生態(tài)系統(tǒng)從無(wú)線測(cè)量應(yīng)答器擴(kuò)展到云再到最終應(yīng)用，從而減少了開(kāi)發(fā)工作。(圖片來(lái)源：意法半導(dǎo)體)

　　STEVAL-ASTRA1B板基于兩個(gè)低功耗SoC模塊，用于短距離和遠(yuǎn)程連接以及NFC。板載包括一個(gè)用于數(shù)據(jù)安全功能的模塊。載板具有多個(gè)環(huán)境和運(yùn)動(dòng)傳感器，以及提供位置坐標(biāo)并啟用地理圍欄的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)模塊。電源管理系統(tǒng)調(diào)節(jié)所有設(shè)備組件的操作模式并控制電源。電源由開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器、電池和USB-C充電控制器組成，以盡可能延長(zhǎng)電池壽命。交付后，該套件包括一個(gè) 480 毫安小時(shí) (mAh) 鋰聚合物 (Li-Poly) 電池、一個(gè)外殼、一個(gè) SMA 天線 (LoRa) 和一個(gè) NFC 天線。

　　STEVAL-ASTRA1B板的IC和SoC包括：

　　兩個(gè)無(wú)線 SoC：

　　STM32WB5MMGH6TR：此SoC模塊基于2.4千兆赫(GHz)無(wú)線超低功耗 手臂? Cortex-M4?/M0+ MCU作為主應(yīng)用處理器，支持802.15.4、BLE 5.0、Thread和Zigbee。

　　STM32WL55JCI6：該無(wú)線SoC基于無(wú)線超低功耗Arm Cortex M0+ MCU，支持低于1千兆赫(GHz)(150 - 960兆赫(MHz))的LoRa，Sigfox和GFSK

　　ST25DV64K-JFR8D3： NFC發(fā)射器

　　特西奧-LIV3F：具有同步多星座的GNSS模塊

　　環(huán)境和運(yùn)動(dòng)傳感器：

　　STTS22HTR：數(shù)字溫度傳感器;-40 至 125°C

　　LPS22HHTR：壓力傳感器;26 至 126 千帕 (kPa)，絕對(duì)

　　高溫超導(dǎo)221TR：濕度和溫度傳感器;0 至 100% 相對(duì)濕度 (RH) I2C， SPI ±4.5% 相對(duì)濕度

　　LIS2DTW12TR：加速度計(jì)X，Y，Z軸;±2 克、4 克、8 克、16 克 0.8 赫茲 (Hz) 至 800 赫茲

　　LSM6DSO32XTR： 加速度計(jì)、陀螺儀、溫度傳感器 I2C、SPI 輸出

　　STSAFE-A110：安全元件

　　采用智能電源管理架構(gòu)的電池供電解決方案：

　　ST1PS02BQTR： 降壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器IC;正可調(diào)，1.8 伏，1 路輸出，400 毫安 (mA)

　　機(jī)頂盒03JR： 鋰離子(Li-ion)或鋰聚合物電池充電器IC

　　TCPP01-M12： USB Type-C 和供電保護(hù)

　　該評(píng)估板的工作溫度范圍為+5至35°C，使用以下頻段：

　　BLE：2400 MHz 至 2480 MHz，+6 分貝，參考 1 毫瓦 (dBm)

　　LoRaWAN： 863 MHz 至 870 MHz， +14 dBm (受固件限制)

　　全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(接收器)：1559 MHz 至 1610 MHz

　　NFC： 13.56兆赫

　　STEVAL-ASTRA1B的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　ASTRA應(yīng)答器的行為類似于數(shù)據(jù)記錄器，并將其數(shù)據(jù)流分為三個(gè)主要塊，每個(gè)塊由硬件和軟件驅(qū)動(dòng)程序以及應(yīng)用層組成(圖3)。數(shù)據(jù)輸入(圖3，左)捕獲所有板載傳感器信號(hào)。中央塊(圖 3，中心)處理和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。最后，對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)線廣播(圖3右)。在重新配置、固件更新或?qū)懭脒^(guò)程/物流數(shù)據(jù)的情況下，信號(hào)流以相反的方向運(yùn)行。

　　圖 3：無(wú)線測(cè)量應(yīng)答器的數(shù)據(jù)流：傳感器信號(hào)(左)被處理、存儲(chǔ)(中)，然后在機(jī)會(huì)出現(xiàn)時(shí)發(fā)送(右)。(圖片來(lái)源：意法半導(dǎo)體)

　　這 FP-ATR-ASTRA1 固件擴(kuò)展了意法半導(dǎo)體的STM32Cube開(kāi)發(fā)環(huán)境，并實(shí)現(xiàn)了完整的資產(chǎn)跟蹤應(yīng)用，支持遠(yuǎn)程(LoRaWAN、Sigfox)和短距離(BLE、NFC)連接。該功能包從環(huán)境和運(yùn)動(dòng)傳感器讀取數(shù)據(jù)， 檢索 GNSS 地理定位， 并通過(guò) BLE 將所有內(nèi)容發(fā)送到移動(dòng)設(shè)備， 并通過(guò) LoRaWAN 連接并行到云.

　　FP-ATR-ASTRA1封裝支持低功耗配置文件，以確保較長(zhǎng)的電池壽命，從而實(shí)現(xiàn)最大的續(xù)航時(shí)間。它還提供關(guān)鍵功能，例如安全元素管理、添加自定義算法的能力、調(diào)試接口和擴(kuò)展功能。

　　軟件包分為;文檔、驅(qū)動(dòng)程序和 HAL、中間件和示例項(xiàng)目。這些項(xiàng)目包括Keil、IAR和STM32Cube集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)的源代碼和編譯二進(jìn)制文件。以下五個(gè)預(yù)定義用例可單獨(dú)配置：車隊(duì)管理、牲畜監(jiān)控、貨物監(jiān)控、物流和定制。

　　STEVAL-ASTRA1B作為一個(gè)簡(jiǎn)單的狀態(tài)機(jī)運(yùn)行，根據(jù)事件改變其操作模式。兩種主要狀態(tài)設(shè)計(jì)用于完全運(yùn)行(運(yùn)行)或低功耗(LP)。在運(yùn)行模式下，所有功能都處于活動(dòng)狀態(tài)，并且所有數(shù)據(jù)都按配置進(jìn)行廣播。在 LP 狀態(tài)下，除 MCU 外，所有組件均設(shè)置為低功耗模式或禁用(圖 4)。

　　圖 4：STEVAL-ASTRA1B 的兩種主要操作模式是完全操作(運(yùn)行)或 LP 模式。(圖片來(lái)源：意法半導(dǎo)體)

　　按下側(cè)鍵會(huì)觸發(fā)兩種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。另一個(gè)輸入可以是微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)事件的輸出或算法的結(jié)果。這只是如何實(shí)現(xiàn)狀態(tài)機(jī)以更改設(shè)備行為的一個(gè)示例。還可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)中間狀態(tài)，以平衡系統(tǒng)響應(yīng)能力和電池壽命。

　　可能的事件是

　　BP：按鈕按下事件

　　SD：關(guān)機(jī)事件

　　ER：錯(cuò)誤事件

　　EP：自動(dòng)過(guò)渡到下一步

　　RN：轉(zhuǎn)到完整運(yùn)行命令

　　LP：轉(zhuǎn)到低功耗命令

　　檢索和可視化云數(shù)據(jù)

　　STEVAL-ASTRA1B應(yīng)答器預(yù)裝了FP-ATR-ASTRA1固件包，因此可以在幾分鐘內(nèi)可視化環(huán)境測(cè)量信號(hào)和GNSS位置數(shù)據(jù)。

　　使用 STAssetTracking 智能手機(jī)和平板電腦的移動(dòng)應(yīng)用程序， 啟用藍(lán)牙并連接到互聯(lián)網(wǎng)， 轉(zhuǎn)發(fā)器通過(guò) myst.com 用戶帳戶在 TTN (物聯(lián)網(wǎng)) V3 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上注冊(cè)為 LoRaWAN 參與者.它還鏈接到 DSH-ASSETRACKING 亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù) (AWS) 上的 Web 控制面板。

　　TTN注冊(cè)后，STEVAL-ASTRA1B將顯示在移動(dòng)應(yīng)用程序的更新設(shè)備列表中。按下<設(shè)置>菜單中的“開(kāi)始同步”按鈕可激活應(yīng)答器的傳輸模式，以便它通過(guò)BLE和LoRaWAN并行發(fā)送存儲(chǔ)的數(shù)據(jù).移動(dòng)應(yīng)用程序可以在儀表板上顯示內(nèi)存中的測(cè)量數(shù)據(jù)，并輸出應(yīng)答器的GNSS位置或?qū)⑵滹@示為地圖上的標(biāo)記(圖5)。

　　圖 5：移動(dòng)應(yīng)用程序有助于在 TTN 上注冊(cè)應(yīng)答器并將其鏈接到云儀表板;它可視化記錄的傳感器值，并協(xié)助配置和調(diào)試。(圖片來(lái)源：意法半導(dǎo)體)

　　除了ASTRA應(yīng)答器之外，網(wǎng)絡(luò)儀表板還可以聚合許多其他獨(dú)立的無(wú)線跟蹤器，例如 P-L496G-電池02 (LTE) 和 核苷酸-S2868A2 (Sigfox 射頻發(fā)射器)或互聯(lián)網(wǎng)耦合節(jié)點(diǎn)，例如 STEVAL-SMARTAG1 (無(wú)線網(wǎng)絡(luò))， STEVAL-MKSBOX1V1 (BLE終端節(jié)點(diǎn))和 STEVAL-SMARTAG1 (NFC 終端節(jié)點(diǎn))在云中。這使得基于云的多協(xié)議無(wú)線生態(tài)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成為可能。

　　個(gè)性化配置和編程

　　在初始調(diào)試期間成功評(píng)估 ASTRA 應(yīng)答器的出廠設(shè)置后，下一步是開(kāi)發(fā)人員根據(jù)自己的資產(chǎn)跟蹤應(yīng)用程序定制應(yīng)答器。

　　對(duì)于沒(méi)有額外硬件的小型定制工作，通過(guò)BLE和移動(dòng)應(yīng)用程序配置各種參數(shù)和功能可能就足夠了(按移動(dòng)應(yīng)用程序中的“錘子和扳手”圖標(biāo)，圖5)。

　　配置項(xiàng)目的另一種方法是使用命令行和調(diào)試控制臺(tái)。當(dāng)PC終端程序(例如，Tera Term)通過(guò)虛擬COM端口通過(guò)USB進(jìn)行通信時(shí)，移動(dòng)設(shè)備使用STBLESensor(ST BLE傳感器)應(yīng)用程序，并通過(guò)BLE進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)(圖6)。

　　圖 6：PC 上的命令行和調(diào)試控制臺(tái)(左)和移動(dòng)設(shè)備(右)。(圖片來(lái)源：意法半導(dǎo)體)

　　要重新編程ASTRA板，就像固件更新，集成其他庫(kù)功能或生成開(kāi)發(fā)人員自己的應(yīng)用程序代碼一樣，通過(guò)JTAG接口訪問(wèn)很方便。為此，單獨(dú)可用的 STLINK-V3MINIE 調(diào)試和編程適配器通過(guò) 14 針帶狀電纜連接到 ASTRA 板。然后，安裝在PC上的Keil，IAR或STM32Cube等IDE可以將編譯的二進(jìn)制文件寫入應(yīng)用程序存儲(chǔ)器或調(diào)試程序序列。

　　STLINK-V3MINI還提供虛擬COM端口接口，允許主機(jī)PC通過(guò)UART與目標(biāo)微控制器進(jìn)行通信。

　　有幾種方法可以對(duì)不同的 Arm MCU 進(jìn)行固件更新：

　　PC上的STM32Cube編程器使用JTAG適配器和MCU引導(dǎo)加載程序?qū)⒍M(jìn)制文件寫入閃存

　　PC上的STM32Cube編程器使用USB和MCU引導(dǎo)加載程序?qū)⒍M(jìn)制文件寫入閃存

　　無(wú)線固件升級(jí)(FUOTA)是通過(guò)BLE使用移動(dòng)設(shè)備上的STBLESensor應(yīng)用程序完成的

　　由于應(yīng)用控制器STM32WL55JC (LoRaWAN)充當(dāng)STM32WB5MMG (BLE)的主控制器，因此必須通過(guò)跳線選擇要刷新的相應(yīng)MCU內(nèi)核。

　　使用STM32CubeMX進(jìn)行圖形化軟件配置

　　STM32Cube通過(guò)減少開(kāi)發(fā)工作量、時(shí)間和成本，讓開(kāi)發(fā)人員的生活更輕松。IDE涵蓋了整個(gè)STM32 MCU產(chǎn)品組合。另外 STM32立方體MX 允許使用圖形向?qū)渲煤蜕?C 代碼。FP-ATR-ASTRA1軟件包擴(kuò)展了STM32Cube功能，可以直接安裝到STM32CubeMX IDE中。

　　圖7顯示了STM32CubeMX外殼：導(dǎo)航(左和上)，F(xiàn)P-ATR-ASTRA1包配置(中)及其架構(gòu)(右)。FP-ATR-ASTRA1包提供了三個(gè)用于自定義的選項(xiàng)卡：[平臺(tái)設(shè)置]，[參數(shù)設(shè)置]和[ASTRA引擎]。

　　圖7：使用STM32CubeMX工具的圖形軟件配置：導(dǎo)航(左上)，F(xiàn)P-ATR-ASTRA1包配置(中)及其架構(gòu)(右)。(圖片來(lái)源：意法半導(dǎo)體)

　　配置完所有設(shè)置后，只需按<生成代碼>按鈕即可從STM32CubeMX生成代碼。通過(guò)打開(kāi)所需的IDE，可以在電路板上自定義、編譯和刷新固件代碼。

　　生成的源代碼在硬件塊和功能方面具有模塊化架構(gòu)。硬件塊管理通過(guò)特定定義 (USE_GNSS) 進(jìn)行標(biāo)識(shí)。函數(shù)在不同的文件中管理，例如系統(tǒng)初始化、狀態(tài)機(jī)配置或數(shù)據(jù)管理。

　　盡管文件樹(shù)很復(fù)雜，但用例的應(yīng)用程序配置中只涉及少數(shù)文件：

　　app_astra.c/.h

　　此主文件是入口點(diǎn)，它在 MX_Astra_Init() 中調(diào)用初始化函數(shù)(清單 1)

　　清單 1：此 MX_Astra_Init() 函數(shù)用于系統(tǒng)初始化。(上市來(lái)源：意法半導(dǎo)體)

　　astra_confmng.c/.h

　　該板配置管理器包含用戶選擇的變量，用于啟用/禁用每個(gè)硬件模塊以及用例實(shí)現(xiàn)和配置。

　　astra_datamng.c/.h

　　在此文件中，從傳感器和其他輸入收集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在RAM中。它們已準(zhǔn)備好縱，例如，對(duì)數(shù)據(jù)運(yùn)行特定算法。

　　astra_sysmng.c/.h

　　在這里，實(shí)現(xiàn)了與系統(tǒng)相關(guān)的功能。主要功能是命令行界面、按鈕回調(diào)、算法、LED、資產(chǎn)跟蹤用例管理和計(jì)時(shí)器管理。

　　SM_APP.c/.h

　　這些文件包含狀態(tài)機(jī)的配置結(jié)構(gòu)。

　　結(jié)論

　　資產(chǎn)跟蹤應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)是一個(gè)復(fù)雜的多步驟過(guò)程，但多功能STEVAL-ASTRA1B開(kāi)發(fā)平臺(tái)簡(jiǎn)化了任務(wù)。憑借所有必要的硬件和軟件，它提供了一種快速簡(jiǎn)便的方法，可以在Web界面中或通過(guò)移動(dòng)設(shè)備應(yīng)用程序可視化無(wú)線應(yīng)答器的記錄數(shù)據(jù)。如圖所示，開(kāi)發(fā)人員可以使用靈活的配置工具簡(jiǎn)單地將這款無(wú)線數(shù)據(jù)記錄器定制為跟蹤或監(jiān)控應(yīng)用，而無(wú)需代碼編程，或者他們可以使用自動(dòng)代碼生成器。