原标题：如何有效实施多连接资产跟踪应用程序

　　先进的资产跟踪应用程序，如牲畜监控、车队管理和物流，自动捕获被跟踪对象的当前状态信息和位置坐标。内置应答器将其日志记录数据中继到云，并使其可用于控制中心或移动设备。在工厂车间，通常需要短距离无线数据更新来交换物流数据、过程历史记录和监控数据、更改配置或在应答器存储器中执行固件更新。

　　此类资产跟踪系统的开发人员面临着设计多功能传感器应答器的挑战，该应答器通过各种长距离和短程无线电协议进行通信，收集各种测量数据，无需更换电池即可运行数月，并通过互联网服务提供所有数据。此外，设计人员必须在降低成本和缩短上市时间的同时完成所有这些工作。

　　虽然任务的艰巨性可能令人不知所措，但设计人员可以通过使用已经集成了许多所需硬件和软件的开发套件来节省大量时间和精力。

　　本文讨论了跨多个应用程序的高级资产跟踪的技术要求。然后，它介绍了一个多功能开发套件，来自 意法半导体 这大大减少了原型设计、测试和评估所需的工作量。它提供了对开发套件关键功能特性的洞察，并展示了开发人员如何轻松定制组合片上系统 (SoC) 模块的功能，而无需编码，然后从云中检索和可视化数据。

　　无线测量应答器的特点

　　资产跟踪具有广泛的应用领域，每个领域都需要非常具体的应答器和链接网络技术设备。图 1 列出了无线测量应答器在四个应用类别中的技术特性。

　　图 1：无线测量应答器的功能取决于资产跟踪应用。(图片来源：意法半导体)

　　随物体携带的自主应答器必须检测环境影响、物体的位置和状态(传感，图 1)，存储它，并在下一次机会通过各种无线接口中的任何一个广播它(连接)。信号处理和转换为各种无线协议必须由具有高度数据安全性(“处理和安全”)的足够强大的微控制器(MCU)处理。MCU还控制能量管理(“电源管理”)，从而确保应答器电池具有较长的使用寿命。

　　资产跟踪应用程序所需的数据可用性会影响传感器的复杂性，并需要适当的连接。对于可预测的已知运输路线，例如包裹递送，只需将测量信号存储在应答器中就足够了。然后，可以在下一个物流检查站使用蓝牙低功耗 (BLE) 或近场通信 (NFC) 近距离读取数据。

　　在车队管理以及物流和长距离牲畜监控的情况下，应尽可能接近实时地从应答器通过云传输到最终用途应用程序的数据传输。因此，应答器需要一个移动无线电接口来覆盖广泛的范围。选项包括 LoRaWAN (远程， 广域网)， Sigfox， 和窄带物联网 (NB-IoT) 因为这些协议针对低吞吐量进行了优化， 节能数据传输.

　　完整的资产跟踪生态系统，减少开发工作量

　　希望以经济和省时的方式实现其资产跟踪应用程序(ASTRA)的系统设计人员可以使用多功能 STEVAL-ASTRA1B 意法半导体的开发平台。该平台包含多个IC和SoC模块，大大简化了创新跟踪和监控解决方案的原型设计、编程、测试和评估。该开发套件包括模块化评估板、固件库、编程工具和电路文档，以及用于移动设备的应用程序和基于 Web 的可视化界面(图 2)。

　　图 2：即用型资产跟踪生态系统从无线测量应答器扩展到云再到最终应用，从而减少了开发工作。(图片来源：意法半导体)

　　STEVAL-ASTRA1B板基于两个低功耗SoC模块，用于短距离和远程连接以及NFC。板载包括一个用于数据安全功能的模块。载板具有多个环境和运动传感器，以及提供位置坐标并启用地理围栏的全球导航卫星系统(GNSS)模块。电源管理系统调节所有设备组件的操作模式并控制电源。电源由开关转换器、电池和USB-C充电控制器组成，以尽可能延长电池寿命。交付后，该套件包括一个 480 毫安小时 (mAh) 锂聚合物 (Li-Poly) 电池、一个外壳、一个 SMA 天线 (LoRa) 和一个 NFC 天线。

　　STEVAL-ASTRA1B板的IC和SoC包括：

　　两个无线 SoC：

　　STM32WB5MMGH6TR：此SoC模块基于2.4千兆赫(GHz)无线超低功耗 手臂® Cortex-M4®/M0+ MCU作为主应用处理器，支持802.15.4、BLE 5.0、Thread和Zigbee。

　　STM32WL55JCI6：该无线SoC基于无线超低功耗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发射器

　　特西奥-LIV3F：具有同步多星座的GNSS模块

　　环境和运动传感器：

　　STTS22HTR：数字温度传感器;-40 至 125°C

　　LPS22HHTR：压力传感器;26 至 126 千帕 (kPa)，绝对

　　高温超导221TR：湿度和温度传感器;0 至 100% 相对湿度 (RH) I²C， SPI ±4.5% 相对湿度

　　LIS2DTW12TR：加速度计X，Y，Z轴;±2 克、4 克、8 克、16 克 0.8 赫兹 (Hz) 至 800 赫兹

　　LSM6DSO32XTR： 加速度计、陀螺仪、温度传感器 I²C、SPI 输出

　　STSAFE-A110：安全元件

　　采用智能电源管理架构的电池供电解决方案：

　　ST1PS02BQTR： 降压开关稳压器IC;正可调，1.8 伏，1 路输出，400 毫安 (mA)

　　机顶盒03JR： 锂离子(Li-ion)或锂聚合物电池充电器IC

　　TCPP01-M12： USB Type-C 和供电保护

　　该评估板的工作温度范围为+5至35°C，使用以下频段：

　　BLE：2400 MHz 至 2480 MHz，+6 分贝，参考 1 毫瓦 (dBm)

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

　　全球导航卫星系统(接收器)：1559 MHz 至 1610 MHz

　　NFC： 13.56兆赫

　　STEVAL-ASTRA1B的内部结构

　　ASTRA应答器的行为类似于数据记录器，并将其数据流分为三个主要块，每个块由硬件和软件驱动程序以及应用层组成(图3)。数据输入(图3，左)捕获所有板载传感器信号。中央块(图 3，中心)处理和存储数据。最后，对存储的数据进行无线广播(图3右)。在重新配置、固件更新或写入过程/物流数据的情况下，信号流以相反的方向运行。

　　图 3：无线测量应答器的数据流：传感器信号(左)被处理、存储(中)，然后在机会出现时发送(右)。(图片来源：意法半导体)

　　这 FP-ATR-ASTRA1 固件扩展了意法半导体的STM32Cube开发环境，并实现了完整的资产跟踪应用，支持远程(LoRaWAN、Sigfox)和短距离(BLE、NFC)连接。该功能包从环境和运动传感器读取数据， 检索 GNSS 地理定位， 并通过 BLE 将所有内容发送到移动设备， 并通过 LoRaWAN 连接并行到云.

　　FP-ATR-ASTRA1封装支持低功耗配置文件，以确保较长的电池寿命，从而实现最大的续航时间。它还提供关键功能，例如安全元素管理、添加自定义算法的能力、调试接口和扩展功能。

　　软件包分为;文档、驱动程序和 HAL、中间件和示例项目。这些项目包括Keil、IAR和STM32Cube集成开发环境(IDE)的源代码和编译二进制文件。以下五个预定义用例可单独配置：车队管理、牲畜监控、货物监控、物流和定制。

　　STEVAL-ASTRA1B作为一个简单的状态机运行，根据事件改变其操作模式。两种主要状态设计用于完全运行(运行)或低功耗(LP)。在运行模式下，所有功能都处于活动状态，并且所有数据都按配置进行广播。在 LP 状态下，除 MCU 外，所有组件均设置为低功耗模式或禁用(图 4)。

　　图 4：STEVAL-ASTRA1B 的两种主要操作模式是完全操作(运行)或 LP 模式。(图片来源：意法半导体)

　　按下侧键会触发两种状态之间的转换。另一个输入可以是微机电系统(MEMS)事件的输出或算法的结果。这只是如何实现状态机以更改设备行为的一个示例。还可以实现多个中间状态，以平衡系统响应能力和电池寿命。

　　可能的事件是

　　BP：按钮按下事件

　　SD：关机事件

　　ER：错误事件

　　EP：自动过渡到下一步

　　RN：转到完整运行命令

　　LP：转到低功耗命令

　　检索和可视化云数据

　　STEVAL-ASTRA1B应答器预装了FP-ATR-ASTRA1固件包，因此可以在几分钟内可视化环境测量信号和GNSS位置数据。

　　使用 STAssetTracking 智能手机和平板电脑的移动应用程序， 启用蓝牙并连接到互联网， 转发器通过 myst.com 用户帐户在 TTN (物联网) V3 网络服务器上注册为 LoRaWAN 参与者.它还链接到 DSH-ASSETRACKING 亚马逊网络服务 (AWS) 上的 Web 控制面板。

　　TTN注册后，STEVAL-ASTRA1B将显示在移动应用程序的更新设备列表中。按下<设置>菜单中的“开始同步”按钮可激活应答器的传输模式，以便它通过BLE和LoRaWAN并行发送存储的数据.移动应用程序可以在仪表板上显示内存中的测量数据，并输出应答器的GNSS位置或将其显示为地图上的标记(图5)。

　　图 5：移动应用程序有助于在 TTN 上注册应答器并将其链接到云仪表板;它可视化记录的传感器值，并协助配置和调试。(图片来源：意法半导体)

　　除了ASTRA应答器之外，网络仪表板还可以聚合许多其他独立的无线跟踪器，例如 P-L496G-电池02 (LTE) 和 核苷酸-S2868A2 (Sigfox 射频发射器)或互联网耦合节点，例如 STEVAL-SMARTAG1 (无线网络)， STEVAL-MKSBOX1V1 (BLE终端节点)和 STEVAL-SMARTAG1 (NFC 终端节点)在云中。这使得基于云的多协议无线生态系统的开发成为可能。

　　个性化配置和编程

　　在初始调试期间成功评估 ASTRA 应答器的出厂设置后，下一步是开发人员根据自己的资产跟踪应用程序定制应答器。

　　对于没有额外硬件的小型定制工作，通过BLE和移动应用程序配置各种参数和功能可能就足够了(按移动应用程序中的“锤子和扳手”图标，图5)。

　　配置项目的另一种方法是使用命令行和调试控制台。当PC终端程序(例如，Tera Term)通过虚拟COM端口通过USB进行通信时，移动设备使用STBLESensor(ST BLE传感器)应用程序，并通过BLE进行网络(图6)。

　　图 6：PC 上的命令行和调试控制台(左)和移动设备(右)。(图片来源：意法半导体)

　　要重新编程ASTRA板，就像固件更新，集成其他库功能或生成开发人员自己的应用程序代码一样，通过JTAG接口访问很方便。为此，单独可用的 STLINK-V3MINIE 调试和编程适配器通过 14 针带状电缆连接到 ASTRA 板。然后，安装在PC上的Keil，IAR或STM32Cube等IDE可以将编译的二进制文件写入应用程序存储器或调试程序序列。

　　STLINK-V3MINI还提供虚拟COM端口接口，允许主机PC通过UART与目标微控制器进行通信。

　　有几种方法可以对不同的 Arm MCU 进行固件更新：

　　PC上的STM32Cube编程器使用JTAG适配器和MCU引导加载程序将二进制文件写入闪存

　　PC上的STM32Cube编程器使用USB和MCU引导加载程序将二进制文件写入闪存

　　无线固件升级(FUOTA)是通过BLE使用移动设备上的STBLESensor应用程序完成的

　　由于应用控制器STM32WL55JC (LoRaWAN)充当STM32WB5MMG (BLE)的主控制器，因此必须通过跳线选择要刷新的相应MCU内核。

　　使用STM32CubeMX进行图形化软件配置

　　STM32Cube通过减少开发工作量、时间和成本，让开发人员的生活更轻松。IDE涵盖了整个STM32 MCU产品组合。另外 STM32立方体MX 允许使用图形向导配置和生成 C 代码。FP-ATR-ASTRA1软件包扩展了STM32Cube功能，可以直接安装到STM32CubeMX IDE中。

　　图7显示了STM32CubeMX外壳：导航(左和上)，FP-ATR-ASTRA1包配置(中)及其架构(右)。FP-ATR-ASTRA1包提供了三个用于自定义的选项卡：[平台设置]，[参数设置]和[ASTRA引擎]。

　　图7：使用STM32CubeMX工具的图形软件配置：导航(左上)，FP-ATR-ASTRA1包配置(中)及其架构(右)。(图片来源：意法半导体)

　　配置完所有设置后，只需按<生成代码>按钮即可从STM32CubeMX生成代码。通过打开所需的IDE，可以在电路板上自定义、编译和刷新固件代码。

　　生成的源代码在硬件块和功能方面具有模块化架构。硬件块管理通过特定定义 (USE_GNSS) 进行标识。函数在不同的文件中管理，例如系统初始化、状态机配置或数据管理。

　　尽管文件树很复杂，但用例的应用程序配置中只涉及少数文件：

　　app_astra.c/.h

　　此主文件是入口点，它在 MX_Astra_Init() 中调用初始化函数(清单 1)

　　清单 1：此 MX_Astra_Init() 函数用于系统初始化。(上市来源：意法半导体)

　　astra_confmng.c/.h

　　该板配置管理器包含用户选择的变量，用于启用/禁用每个硬件模块以及用例实现和配置。

　　astra_datamng.c/.h

　　在此文件中，从传感器和其他输入收集的数据存储在RAM中。它们已准备好纵，例如，对数据运行特定算法。

　　astra_sysmng.c/.h

　　在这里，实现了与系统相关的功能。主要功能是命令行界面、按钮回调、算法、LED、资产跟踪用例管理和计时器管理。

　　SM_APP.c/.h

　　这些文件包含状态机的配置结构。

　　结论

　　资产跟踪应用程序开发是一个复杂的多步骤过程，但多功能STEVAL-ASTRA1B开发平台简化了任务。凭借所有必要的硬件和软件，它提供了一种快速简便的方法，可以在Web界面中或通过移动设备应用程序可视化无线应答器的记录数据。如图所示，开发人员可以使用灵活的配置工具简单地将这款无线数据记录器定制为跟踪或监控应用，而无需代码编程，或者他们可以使用自动代码生成器。