賀婷

（廣東石油化工學院自動化系，廣東 茂名 525000）

基于SIM900A兒童防丟器終端設(shè)計

賀婷

（廣東石油化工學院自動化系，廣東 茂名 525000）

針對市面兒童防丟器功能單一的情況，設(shè)計一款智能兒童防丟器滿足人們需求。兒童防丟器的終端包含主控STM32F103C及外設(shè)部分和SIM900A模塊。主要實現(xiàn)當終端識別主控端發(fā)送的AT指令信息，執(zhí)行基站定位并將位置信息發(fā)送給主控端或撥打主控端電話等相關(guān)功能。

兒童防丟器；終端；SIM900A

1 引言

智能兒童防丟器相關(guān)產(chǎn)品主要有智能手環(huán)、電話手表等[1,2]。前者價格便宜，但功能簡單；后者只能稱為縮小版電話，而且價格高昂[3]。本文將二者部分功能結(jié)合，設(shè)計一款新的兒童防丟器滿足人們的需求，主要包括主控端和終端兩部分，主控端和終端都采用STM32F103C，結(jié)合SIM900A模塊實現(xiàn)相關(guān)功能[4]。

兒童防丟器終端的主要功能是接收主控端發(fā)送來的信息，終端的主控模塊通知SIM900A模塊進行基站定位，將位置通過GSM發(fā)送回主控端，并自動給主控端撥打電話讓主控端監(jiān)聽終端周圍的狀況[5-9]。

2 終端硬件設(shè)計

2.1 STM32及外設(shè)模塊

終端STM32的外圍功能模塊有電源，GPIO，RS232串口，LED燈。

由AMS1117電壓轉(zhuǎn)換器將5V電壓轉(zhuǎn)換3.3V供STM32F103C及外圍模塊使用，如圖1所示，電路由穩(wěn)定的電源VDD供電，VDD的范圍在2V-3.6V之間。

圖15V轉(zhuǎn)3.3V電壓電路

GPIO口是連接CPU和片上外設(shè)的接口，終端的ADC轉(zhuǎn)換模塊接口是PA2,SDA總線接口是PB8，LED燈的接口是PA5，按 鍵 KEY的 接 口 是 PE2,PE4，USART_TX和USART_RX是PA9，PA10。

RS232串口的USART_TX和USART_RX分別接到了J10-1和J10-2，串口是連接STM32和SIM900A的唯一途徑，STM32的USART_TX接SIM900A的USART_RX，而STM32的USART_RX接SIM900A的USART_TX。

2.2 SIM900A模塊

2.2.1 SIM900A及其電源模塊

SIM900A采用單電源供電，VBAT的電壓輸入范圍是3.2V到4.8V，一般是4.0V最為合適，因為模塊發(fā)射的突發(fā)性會使電壓跌落，這時電流的峰值會達到2A，因此，電源的供流能力不能低于2A。SIM900A的電源模塊電路原理圖如圖2所示，智能兒童防丟器是采用5V電池供電，而在SIM900A的電源模塊中，有一個線性穩(wěn)壓器，可以將5V電壓轉(zhuǎn)為4V電壓，給SIM900A的外設(shè)模塊使用。

圖2 SIM900A模塊電源電路

圖3 SIM900A電路連接

2.2.2 SIM卡接口模塊

SIM900A的SIM卡接口支持GSM Phase 1規(guī)則，同時也支持新的GSM Phase 2+規(guī)范和FAST 64 kbps SIM卡，支持1.8V和3.0V，SIM卡的接口電源由模塊內(nèi)部的電壓穩(wěn)壓器提供，正常電壓值為2.8V或者1.8V。

SIM900A模塊是一個雙頻的GSM/GPS模塊，它既能夠?qū)崿F(xiàn)GSM通訊，也能夠?qū)崿F(xiàn)GPS定位，是由于模塊擁有GSM基帶和GSM射頻，GSM和GPRS的使用是由模塊的AT指令控制。

圖4 SIM卡接口電路

3 終端程序設(shè)計

主程序過程為首先使能GPIO接口和USART串口的時鐘，然后初始化GPIO口，使能GPIOA的相關(guān)寄存器，之后設(shè)置延時函數(shù)，串口定時檢查接收引腳RX有沒有信息，進入循環(huán)檢查等待，一旦接收到相關(guān)信息，就通知CPU讓串口的發(fā)送器發(fā)送相關(guān)AT指令給SIM900A，根據(jù)不同AT指令控制SIM900A模塊進行相關(guān)工作。

3.1 使能時鐘

寄存器RCC_APB1ENR的0-5位是使能TIM2-TIM7定時器時鐘，17-20位是使能USART串口2-5的時鐘。RCC_APB2ENR的2-6位是使能GPIO接口GPIOA-GPIOE時鐘，11位使能TIM1的時鐘，14位使能USART1的時鐘。其中置‘1'為時鐘開啟，置‘0'為關(guān)閉時鐘。

3.2 GPIO口配置

LED燈的GPIO接口是PA5，配置GPIOA-＞CRL寄存器的CNF5和MODE5，即20到23位，配置為推挽輸出模式：CNF5=00，MODE5=11。之后設(shè)置GPIOA-＞ODR輸出寄存器，由于LED燈低電平點亮，所以先賦予它高電平后待命。

TIM3定時器的GPIO接口是PB5，配置GPIOB-＞CRL的MODE5和CNF5。TIM3定時器是復用功能推挽輸出：CNF= 10，MODE=11，將1011賦予GPIOB-＞CRL寄存器的20到23位。

USART1串口有發(fā)送接口和接收接口，分別的GPIO接口是PA9和PA10，配置GPIOA-＞CRH的MODE9、CNF9和MODE10、CNF10。USART1串口的發(fā)送接口是復用功能推挽輸出：CNF=10，MODE=11，將1011賦予GPIOA-＞CRH寄存器的0到3位。USART1串口的接收接口是上拉/下拉輸入模式：CNF=10，MODE=00，將1000賦予GPIOA-＞CRH寄存器的4到7位。

3.3 USART串口配置

通過置位USART_CR1寄存器上UE位激活USART；編程USART_CR1的M位定義字長；設(shè)置USART_CR2定義1位停止位；如果采用多緩沖器通信；利用USART_BRR寄存器設(shè)置波特率；設(shè)置USART_CR1中的TE位，第一次數(shù)據(jù)發(fā)送一個空閑幀；把發(fā)送的數(shù)據(jù)寫進USART_DR寄存器(此動作清除TXE位)，并重復此步驟直到數(shù)據(jù)發(fā)送完畢；最后等待TC=1，表示數(shù)據(jù)傳輸完畢。

3.4 防丟器終端基站定位

基站定位流程圖如圖5所示，先開啟SIM900A的GPRS和基站定位模塊，并讓串口處于檢測等待狀態(tài)，并以AT+ CSTT;AT+CIICR;AT+CIFSR三條指令開啟GPRS數(shù)據(jù)連接指令；使用以下四條指令開啟基站定位，AT+SAPBR=1,1“Contype”，“GPRS”;AT+SAPBR=1,1“APN”，“CMNET”;AT+ SAPBR=1,1;AT+CIPGSMLOC=1,1;可獲取SIM卡當前位置反饋給串口，串口檢測到位置經(jīng)緯度信息后，就返回信息到STM32，再通過STM32控制SIM900A以短信方式發(fā)送經(jīng)緯度到主控端。

圖5 防丟器終端的基站定位流程

3.5 信息發(fā)送與接收

STM32的串口支持printf()直接輸入函數(shù)，智能防丟器終端控制SIM900A模塊的方式是直接向SIM900A模塊輸入AT命令，由于串口支持printf()函數(shù)，可以把AT命令寫在printf()函數(shù)里面。

當智能防丟器終端接收到主控端SIM900A模塊發(fā)送過來內(nèi)容是“work”的短信時，主控端就發(fā)送后續(xù)的工作指令給終端的SIM900A，讓其定位并存儲位置經(jīng)緯度到終端SIM卡的內(nèi)存。當終端的STM32主控模塊串口檢測到SIM900A模塊的SIM卡內(nèi)存中有位置經(jīng)緯度時，讀取位置信息，通過串口發(fā)送撥打電話和發(fā)送短信的AT功能指令到SIM900A模塊，將剛讀取到的位置信息發(fā)送給主控端，之后給主控端撥打電話，讓主控端監(jiān)聽終端周圍情況。

4 結(jié)語

據(jù)統(tǒng)計，我國每年大約有20萬兒童走丟，一個孩子的丟失能同時毀滅三個家庭，而且只有相當少的孩子能夠找回。而目前市面上的兒童防丟器功能太單一，所以設(shè)計一款在帶孩子外出時，兒童與父母距離過遠時發(fā)出警報聲提醒父母；兒童丟失后，通過預設(shè)按鍵發(fā)送預設(shè)短信獲取兒童位置信息或監(jiān)聽兒童周圍情況；而且造價低廉的兒童防丟器來滿足人們的需要具有相當?shù)谋匾院蛢r值。

[1]王磊．基于藍牙4．0技術(shù)的防丟器的研究與設(shè)計[D]．太原理工大學，2013．

[2]霍丙乾．基于藍牙4．0的防丟系統(tǒng)的研究與設(shè)計[D]．北京郵電大學，2015．

[3]張艷紅，劉建煒，黃萬里．基于移動定位的兒童安全保障技術(shù)研究[J]．西南民族大學學報(自然科學版)，2015，01：99-106．

[4]王闖，崔雯博．基于STC89C52的無線電子防丟器的設(shè)計[J]．無線互聯(lián)科技，2015，01：81-82．

[5]王嘯東，尤鳳翔．基于單片機的智能防丟器系統(tǒng)設(shè)計[J]．河南科技，2011，21：61．

[6]郭亮，余祖龍，趙廣山．一種新型防丟器的設(shè)計[J]．科技資訊，2011，34：1．

[7]熊中剛，羅素蓮．基于定位模塊的防盜防丟定位系統(tǒng)設(shè)計[J]．黑龍江科技信息，2014，13：69+190．

[8]闞力豐，郭明明，韓洋，林宇豪．基于藍牙技術(shù)的雙向防丟器的研究與設(shè)計[J]．電子制作，2014，15：11-12．

[9]劉磊，陳棟梁，趙宏偉，許耀華．基于ARM11和Zigbee的人員定位防丟器[J]．赤峰學院學報(自然科學版)，2012，17：11-13．

Design of Children Anti-loss Device Terminal Based on SIM900A

He Ting
(Guangdong University of Petrochemical Technology,Maoming 525000,Guangdong)

Aiming at the single function of children anti-loss device in the market,a smart children anti-loss device is designed to meet with people's needs.The terminal contains the main control STM32F103C,the peripheral part and the SIM900A module. The main function is to realize station location and send the location information to the main control terminal or call the main control terminal when the terminal identifies the AT command sending by the main control terminal.

children anti-loss device;terminal;SIM900A

TP2

B

1008-6609(2015)11-0032-03

賀婷，女，湖南株洲人，碩士，講師，研究方向：智能控制與信號處理。

廣東省云機器人（石油化工）工程技術(shù)研究中心開放基金。