使用 AVR 记录虾网动作，借助赛博农业给早起的虾网小偷上一课（原创）

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【背景】

去年夏天被疫情困在了村子里，闲来无事准备体验下传统的快乐：钓龙虾。
竹竿砍好了，肥肉绑好了，村后边水田水渠也找好了，啥都就绪唯独龙虾不上钩。一群人一下午钓个寂寞：



观察旁边的小水渠明显有放网的痕迹，索性跟随大家入手虾网，水渠周边造起来。



白天随便收个一两趟，就比折腾整个下午的收成还要好：



然而没过几天，严峻的问题开始浮出水面：收成骤减。
经观察应该是新虾网被淳朴的村民发现了，有助人为乐者帮我们提了虾笼，顺走了收成。


【方案】

目标是以最小代价恢复收成，因而任何牵扯上门沟通 / 暴力解决的手段都显得费事又没效率。
本只想安安静静吃个虾，最后搞到邻里不和，这样得不偿失。



航拍图可以看到，水渠周边小路不少，大多可以骑电瓶车通过。故助人为乐的很可能不止一人。

悄悄掌握助人为乐（们）的周期节律，适当保持领先相位，成为方案设计的重点。
一旦掌握，就可提前半小时下地收网，最大化收成的同时，给助人为乐们留一个惊喜。


方案1，装监控



这基本是最直接想到的方法，随时记录助人为乐的嘴脸，想来虾网也就无虞了。

抛开法律问题，最大障碍在于：
电源怎么搞？ 荒郊野外的总不能扯高压线吧，用电池天天爬线杆也不是事。
再就是网络怎么搞？ 荒郊野外的总不能拉根网线吧，用 WIFI 也不现实。

于是作罢。


方案2，假监控



监控的供电+网络不好搞，装个假的吓唬吓唬也行。再在虾网旁插个牌子“有监控，请自重”，简直太有画面感。

然而村民可能不识字，作罢。


方案3，放红外热释电



假若能在适当的位置放置红外热释电（PIR）传感器，就可以在虾网范围内检测人体活动。
采用射频/离线方式汇报+记录数据，可起到报警的效果。

然而同样面临供电问题，更要命的是热释电传感器范围较大，容易误报路过的行人/小动物。


方案4，放振动传感



既然逃不开传感器，野外供电的问题暂且搁置，最差堆上 18650 也能凑合用。
因而重点落在如何准确检测“助人为乐”行为。

思前想后，基于振动传感的动作检测，恐怕是最为稳妥的办法：
将振动传感器固定在虾网系绳上，当有人拉出水中的长网，系绳晃动触发传感。

传感器以及配套电路应尽可能小，避免被人顺走或损坏。


【选型】

确定好使用振动传感，需要选型一套尽可能迷你的系统板，以便于现场施工安装。
找来找去选定了 Arduino Digispark 的 ATTINY85 系统板：



主控 ATTINY85 片上有 0.5KB-EEPROM，可用于离线记录振动数据。

附上主控原理图，后期需要进行大概，仅保留 ATTINY85 主控，并安装 MΩ 上拉电阻以实现低功耗。
图中红色标记为关键改动位置：



振动传感选择最经典的滚珠式即可，选择双向触发可提升检测灵敏度。




【开干】

全新入手的蓝色 ATTINY85 主板 ￥13一片，带有 Arduino 的 Bootloader：



拆下一众没用的零件（参考原理图），降低整机功耗：



将 D- 的上拉电阻换为 1M，并在 D- 和 GND 之间焊接振动开关。
这样一来振动传感器也可以实现低功耗工作。



装上垃圾店里淘来的电池，大概有 50mAh 的容量，硬件完成：




【软件】

软件则是另一个大头，大致功能需求：

1. 可以连续监测 24h 内振动时刻，精度要达到分钟级；
2. 全离线工作，所有数据均存储于 ATTINY85 片上 EEPROM；
3. 锂电池低电压、EEPROM 填满后自动停机；
4. 整机要求低功耗工作。

AVR 有着非常棒的低功耗，同时休眠时支持诸如 PCINT 这样的异步边沿检测，使得编码并不复杂。

唯独需要注意 ATTINY85 只有 0.5KB-EEPROM 存储可用，需要略微压缩下记录格式，确保能存储超过 24h。
主采集逻辑如下：



ATTINY85 可以监测休眠过程中的 PCINT 而不唤醒 CPU，这样一来利用固定的休眠循环，就可以实现时间基准。
每 3min 晃动计数的总数写入 1 Byte，这样 0.5KB 能记录约 1500min，时长超过 1 天。

主代码依旧采用 ICCAVR 编写，皮实小巧又好用（Arduino IDE 哭瞎在路上）：



编写好的代码，使用 USBASP 进行固化。由于已经刷掉了 Arduino-Bootloader，因而采用飞线直接凌空固化。
测试完成后，读取 EEPROM 数据也采用相同方式：



实测整机工作电流大约 0.26ma @4.2v，对于 50mAh 的软包锂电轻松工作好几天，续航达标。


【投放+回收】

找一个瓶盖，把充满电+烧录好+已启动的主板，连同防水袋一同卷进去，伪装成一个简单的浮漂：



来到现场，把传感器系在虾网系绳根部，确保传感器既不落水，又很容易被拽到拖动：



让助人为乐的村民多收几天虾吧，下次就改规矩了。一天后直接剪线回收，外层透明胶已被雨水+露水+渠水打湿，但内部电路完好：



断电导出 EEPROM 数据，大家的行踪尽在掌握哟。


【分析】

正常情况下虾网基本不会晃动，即使有动作也是稍纵即逝，对应 3min 区间内基本没有计数，或计数为零。
当有人扯动虾网时，ATTINY85 就会疯狂计数，振动开关的抖动全然都会被记录进去，临近 3min 区间将出现计数峰值。

一次典型的记录数据如图所示（WinHex 直读），上电、打包、出门、回收的动作都看得清清楚楚。
除了这些已知动作外，其余非零值均可认为是有热心村民在助人为乐：



由于软件算法采用等间隔记录（3min/byte），因而字节地址直接就是标准的时间轴。
数据处理时和额外记录的通电、断电时刻进行等比例缩放，即可得精确的振动记录时间。上图数据处理好时间轴如下：



对于竖轴（晃动次数）采用对数坐标，可以更好地反应晃动的激烈程度。
由图可见，凌晨 3:48、早上 7:30、中午 12:48、傍晚 18:30 前后为助人高峰时期。

初战告捷，接下来将连续几天的采样进行融合绘图，效果如下：



至此基本可以确认，凌晨 3:30-4:30，早晨 7:30、中午 12:30-13:30、傍晚 18:30-20:00，就是收成被顺走的时间段。

平均比这些热心村民早出门半小时，就可以收获满满，并给他们留下空网的惊喜。


【效果】

掌握了最佳出手时间后，基本就没空网过。

凌晨 3:00 出手（没错，就是要给 3:30 那个来点惊喜），不多会就凑齐一盘：



接连吃了大半个月的麻辣小龙虾，达成传说的吃虾自由：




果然赛博农业非常拉风。最后附上主固件：

链接：https://pan.baidu.com/s/1LLdbNMoiVh6FG7zhBW-Mig?pwd=dkpb
提取码：dkpb

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以上，本来想安安静静放个虾笼，淳朴的村民非要来助人为乐。
索性用赛博农业的精神折腾一次，彻底改变玩法，收获夏天里最棒的大作战。

最后祝大家夏天都有好心情！

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牛，有创意，可以申精了

wfzdm

从作案时间上来看，很可能不是一个人干的，当地真是民风淳朴

古路平

捕龙虾都用上高科技了，你让

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                         `---''怎么活

wfzdm

盲猜一波，这里附近应该有个挺大的工厂，三班倒的，应该是附近村庄在工厂里上班的人上下班的时候偷了楼主的收成，不然也不会半夜三更去偷虾

xuelang1979

免除了肢体接触的烦恼

lingyer1

一天三波，真是民风淳朴

mitcher

差点以为你要整个远程报警

szb314

不过龙虾是越来越迷你了，这样下去虾没法活了

我爱玩数码

高手高手高高手

jlserver

这个真的是高，实在高手

aacyxjz

淳朴村民欲哭无泪

猪小呆

要是我就直接把网下下去，不留任何线在外面，这样从外面就看不到你的网下在那里（前提是浑水），下网的地方自己做个不起眼的标记方便自己辨别

douzi707

半夜3点，来段防盗音乐，渗人

sadfun

科技改变生活~

zzqqzzz

老兄吃点小龙虾，长枪短跑都用上了。干得漂亮~！

qd0426

助人为乐的坛友喜出望外!

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抓虾高科技啊！
助人为乐者每次来都是空网，简直怀疑人生。
有没有正好遇到助人为乐者呢？

muyan

欲擒故纵咯

小绿洲

有技术的大神干啥都超前啊，让民风淳朴的村民怎么想