一個真禿鷲蛋殼內(nèi)置了Microduino堆棧（上左），這便是我們要制作的假鳥蛋的大小。堆棧和傳感器被妥善安放在一個木制殼體中（上中），相關數(shù)據(jù)被傳輸?shù)轿挥邙B巢外的中繼站（下右）中。云端服務器將追蹤每個鳥蛋內(nèi)的數(shù)據(jù)（上右、下左）。
利用一個集成各類傳感器的鳥蛋監(jiān)測禿鷲巢內(nèi)部。
禿鷲是大自然的清潔工，它們以動物的尸體為食，對環(huán)境十分有益。由于這種習性，禿鷲在阻止狂犬病（禿鷲對此有免疫力）等疾病的傳播方面至關重要。然而近些年來，禿鷲的數(shù)量卻在不斷下降，尤其是在南亞地區(qū)，由于用來為家畜治病的一種藥物會令禿鷲中毒，某些品種的禿鷲已瀕臨滅絕。為了保護禿鷲種群，我們需要了解它們的繁衍行為。●一年前，國際猛禽中心（ICBP）找到我們Microduino團隊，希望我們參與此類項目。ICBP需要設計一款電子鳥蛋來監(jiān)測禿鷲巢內(nèi)的情況。這些環(huán)保主義者希望電子鳥蛋中可以集成大量傳感器，同時測量鳥蛋的內(nèi)部溫度和表面溫度梯度，以及氣壓水平、濕度、二氧化碳濃度、光強度及鳥蛋的旋轉(zhuǎn)和移動情況。這些測量數(shù)據(jù)將被傳輸?shù)揭粋€中繼節(jié)點，然后再上傳到云端。
最初，ICBP曾考慮建造一套基于標準Arduino微控制器的系統(tǒng)。然而，該機構很快便意識到，若是看到自己的鳥蛋中伸出一個Arduino開發(fā)板，禿鷲媽媽一定會非常不滿。Arduino開發(fā)板的尺寸以及各項傳感和通信要求決定了標準Arduino并不適用于該項目。因此ICBP選擇了我們的系統(tǒng)。Microduino擁有一系列可兼容Arduino的微控制器和模塊，它們的寬度和長度分別僅為25.4毫米和27.9毫米，而且還可以相互堆疊。
我們決定將ICBP所需要的系統(tǒng)分為3個部分：一部分是用來收集和存儲數(shù)據(jù)并進行一些初步處理的數(shù)據(jù)收集終端（即電子鳥蛋本身），一部分是可以通過無線方式接收和轉(zhuǎn)發(fā)已處理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)中繼終端，還有一部分是一個可供研究人員訪問的云端數(shù)據(jù)庫。
我們最初的方案是將所有必要的模塊和傳感器都固定在一個3D打印的鳥蛋之中，當時，我們都為這個方案感到自豪不已。然而，ICBP卻給我們提出了另外一項后勤方面的挑戰(zhàn)：為了不打擾在巢中休息的禿鷲，電子鳥蛋必須能夠連續(xù)獨立工作70天！
為此，我們重新調(diào)整了系統(tǒng)3個組成部分的分工：數(shù)據(jù)處理和存儲方面的工作被轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)中繼終端進行，以降低電子鳥蛋的耗電量。
隨后，我們便開始著手制作電子鳥蛋了。我們利用激光切割木材，制作了一個可以放置在人工蛋殼內(nèi)部的殼體，然后在殼體內(nèi)置入一個Microduino內(nèi)核，一個低功耗藍牙（BLE）模塊和一個多傳感器10DOF模塊，其中，10DOF模塊中集成了一個三軸陀螺儀、一個三軸加速度計、一個磁場強度傳感器和一個氣壓計。除此之外，殼體內(nèi)還有覆蓋了整個內(nèi)殼表面的14枚DS18B20溫度傳感器和1枚SHT21濕度傳感器。所有傳感器均采用I2C方式與內(nèi)核進行通信。電力來源則是一塊1800毫安時的鋰電池。最后，我們將裝配完畢的殼體放置在鳥蛋中。鳥蛋使用選擇性激光燒結機制成的PA2200尼龍材料制成，這種尼龍材料與真正的禿鷲蛋殼質(zhì)地非常相似。
此后，我們又制作了數(shù)據(jù)中繼終端，中繼終端由一塊擁有Wi-Fi功能的樹莓派和一個堆棧組成。堆棧中集成了Microduino Core+模塊（該模塊所使用的處理器性能比放置在鳥蛋內(nèi)部的模塊更為強大）、一個藍牙模塊、一個實時時鐘（RTC）模塊和一個氣象站模塊。
樹莓派模塊通過一塊定制板與堆棧進行通信，定制板在Core+模塊和樹莓派的通用輸入/輸出連接器之間形成了一個串口。
數(shù)據(jù)中繼終端被放置在一個距離鳥蛋較近的位置，發(fā)揮著多重作用。首先，它通過藍牙以無線的方式接收從鳥蛋內(nèi)收集的一切數(shù)據(jù)。第二，它通過自身的光照、溫度、濕度和氣壓傳感器監(jiān)測鳥蛋外部的條件。第三，終端將來自鳥蛋和自身傳感器的所有數(shù)據(jù)保存下來并儲存在樹莓派中。當接入互聯(lián)網(wǎng)時，這些數(shù)據(jù)將被上傳到云端服務器內(nèi)。
在使用這種方式制作了多個人工鳥蛋和數(shù)據(jù)中繼終端之后，我們又建造了屬于自己的云端服務器，用于實時監(jiān)測項目數(shù)據(jù)。每個鳥蛋都有一個獨一無二的標識。利用數(shù)據(jù)中繼終端上傳的信息，我們可以建造一個3D模型，觀測每個鳥蛋表面的溫度梯度，并實時顯示其他相關數(shù)據(jù)。
目前，我們的項目已經(jīng)到達最后階段，ICBP會在本月將這些鳥蛋投放實地測試（截至本文英文版發(fā)稿時得到的消息）。若實地測試成功，則意味著我們不僅能夠依靠這一方法保護禿鷲，同時還能實現(xiàn)其他多項環(huán)保成果。
這次與ICBP的合作成果斐然，同時又令我們眼界大開。有些時候，我們只顧著為每天涌現(xiàn)出的各類酷炫的新技術驚異不已，卻忽略了那些可以依靠知識實現(xiàn)的善舉。我們Microduino團隊愿意與大家一道，用自己手中的工具給這個世界帶來積極的改變!
作者：馮斌，BruceLiu，潘可佳