基于北斗的智能宠物防丢器设计

1、    基于北斗的智能宠物防丢器设计    汤致远 沈亮 余子龙 张玲 吴有龙摘 要：为了更好地智能化管理宠物和寻找丢失的宠物，本系统采用python、java、北斗定位、无线网络通信等相关技术，可以实时获取宠物的位置信息;基于树莓派设计出了一种基于北斗定位的智能宠物防丢器，实现了电子围栏管理、实时查看宠物位置信息以及宠物丢失后导航寻回的功能。关键词：北斗定位;防丢失;智能穿戴设备;树莓派;无线通信;物联网中图分类号：tp79;tn927文献标识码：a文章编号：2095-1302（2020）11-00-020 引 言随着社会经济的快速发展，人民生活水平逐

2、步提高，家养猫、狗等宠物已经成为了一些家庭成员中的重要组成。而且随着人工智能、大数据和物联网等技术的飞速发展，智能穿戴设备也在迅速的更新换代，如运动手环、手表以及智能眼镜等。但是在目前市场上，宠物所用的智能可穿戴设备还属于新兴事物1。文献2所提出的方案系统在设计时，使用了gps导航和蓝牙连接手机客户端来实现对宠物的位置和健康状况管理;文献3中提到的系统使用mqtt协议上传位置信息，可远程查询宠物的位置信息。然而，随着我国北斗卫星导航系统的全球覆盖，基于北斗的各种研究也在迅猛发展4。基于上述研究，本文在兼顾远程数据传输和客户端交互的基础上，添加了电子围栏、poi搜索、北斗定位以及使用最为广泛的4

3、g传输，实现了在宠物丢失之前就能提前预警，以及在宠物寻回后能夠及时就医等功能。1 系统设计该系统由硬件、软件和云服务器三部分组成。硬件部分是载有北斗和4g模块的树莓派，可采集数据并传输信号至云端服务器;软件部分主要通过与服务器端的通信获取硬件所在的实时位置信息，并结合软件实现电子围栏、实时位置显示、导航和兴趣点搜索功能;云服务器部分主要实现位置信息和用户账号密码的存取。系统通过北斗与gps双模芯片获取树莓派的实时位置信息，通过华为4g模块访问网络，阿里云服务器数据库通过socket通信获取和发送位置信息，以及发送用于校验的用户名密码，最后经由高德api技术显示在android客户端的地图页面上

4、。用户可以通过登录android客户端访问数据库，查询相关信息以及进行后续的导航操作。基于北斗的智能宠物防丢器整体结构如图1所示。本系统使用mysql作为存储和管理数据的数据库，阿里云服务器的ubuntu系统作为搭载整个服务器的系统，通过pycharm完成后台服务器以及树莓派的控制编码编写，通过android studio完成安卓客户端的后台控制代码以及前段页面代码的编写。2 相关技术2.1 北斗定位技术北斗卫星导航系统是我国自主研发的全球卫星导航系统，也是继gps、glonass之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星定位系统通过混合星座的布局，优化了亚太上方的星座结构，使得亚太地区的导航信号

5、更强、定位精度更高5-6。2.2 安卓应用开发及发布安卓是一种基于linux内核的自由及开放源代码的操作系统，主要用于移动设备，比如智能手机和平板电脑。它由google公司和开放手机联盟领导及开发7。本系统使用android studio进行开发，系统语言基于java，布局语言基于xml。android studio是谷歌开发的android集成开发工具，用于开发和调试，代码完成后可直接打包生成安装文件通过各种渠道发布。2.3 数据库与数据库服务数据库允许用户通过简单的命令“增删改查”想要存储的信息，并且可以通过开放的系统端口进行远程连接8。数据库分为关系型数据库和非关系型数据库。本系统使用的

6、mysql数据库即为使用最广泛的关系型数据库9，能存储定位经纬度信息。此外，它在连接安卓客户端时能在查找后返回实时经纬度数据，使用高德api显示在手机上，从而使定位和后期处理变得更加方便。2.4 网络通信技术网络通信通过互联网将多台设备连接在一起，以达到数据共享的目的10。该系统使用套接字通信，即socket通信，本质是基于tcp/ip的通信方式11。3 软件功能阐述用户打开安卓客户端后，输入用户名、密码，如果校验通过则会跳转到模式选择。目前模式选择页面可选的模式有电子围栏和直接导航两种。（1）选择电子围栏，输入期望的距离阈值，确定并且开启电子围栏。超过阈值则会在安卓系统的通知中心推送一条通知

7、示警，此时跳转到直接导航模式。（2）选择直接导航模式，则会跳转到经纬度确认页面，点击刷新位置后会显示目前硬件端所在经纬度以及软件端所处经纬度。如果到达目的地发现宠物发生意外，可以点击当前页面最上方的按钮跳转到周边兴趣点搜索。兴趣点搜索界面如图2所示。兴趣点搜索关键词为确定的关键词“宠物”，距离为2 km。点击兴趣点搜索后，客户端上的地图控件将标注硬件端附近2 km内的宠物医院，点击可以看见其详细地址以及距离。点击详情即可跳转到如图3所示的路径规划界面。由于2 km范围比较大，导航页面会提供两种选择，分别是步行导航和驾车导航。选择任意一种导航模式都会有路线预览，并且有取消和开始导航按钮。点击取消

8、则复位，点击确认则跳转到导航详情页。4 硬件设计本系统硬件核心使用树莓派4b。树莓派4b是一款基于arm架构的微型电脑主板，microsd卡为内存硬盘，可以外接鼠标、键盘、移动硬盘、网线等;可以安装linux、debian系统，支持python、java、c/c+等语言编程开发。其尺寸较信用卡稍大，功耗极小，具备所有pc的基本功能12。树莓派实物以及电路连接如图4所示。硬件系统工作流程如图5所示。各模块上电工作，树莓派在后台以秒为单位循环执行程序指令。该程序主要实现的是解码北斗芯片传回的数据，并且截取出经纬度信息，通过4g上传至云服务器数据库。5 结 语本系统设计了基于北斗的智能宠物防丢器，主

9、要实现了在移动端设置电子围栏，实时监控宠物位置，及宠物丢失后导航寻回并在宠物寻回时导航寻找附近宠物医院等功能。小微化的硬件系统实现了穿戴设备的方便易携，安卓客户端实现了对宠物位置的管理和监控，高速网络连接也可以实现管理和监控的强时效性。本系统相比于传统的宠物防丢手段得到显著优化，提高了系统性能与检测效率。参考文献1孫芷钰，刘玮. 宠物出行智能产品设计研究j. 艺术科技，2019，32（5）：215-216.2胡月文.智能宠物脖环设计与应用j.电声技术，2019，43（9）：58-59.3林志舟，任凯，叶傲斌.基于mqtt的智能宠物追踪系统j.计算机系统应用，2020，29（2）：124-128

10、.4陈诞玮，谢柳青，姜玉龙，等.基于北斗定位的智能药箱j.物联网技术，2019，9（9）：94-96.5陆明泉，姚铮，张嘉怡，等. 北斗卫星导航系统信号设计的进展及发展趋势j.卫星应用，2015，6（12）：27-31.6左朝阳，吴玉彬，陈坡. 北斗卫星导航系统在亚太地区的服务性能评估j. 航天控制，2019，37（3）：73-79 .7张得震.基于现代安卓系统的开发、技术创新及市场化发展研究j.数字技术与应用，2020，38（1）：200.8余祖玉，刘国童，姚超，等.数据库系统筑起网络安全护城河j.科学技术创新，2019，23（33）：62-63.9肖宇.关系型与非关系型数据库融合的数据库课程建设j.福建电脑，2019，35（12）：111-112.10李晓平.数据库下的网络通信信息管理系统分析j.电脑知识与技术，2020，16（6）：14-15.11张晓娜，常乐冉，吴炜，等.linux系统下socket通信的实现j.电声技术，2020，44（1）：87-89.12 nadaf r a，hatt