張燕++吳玲++林建波

摘 要：為了讓家長(zhǎng)及時(shí)獲悉兒童所處的位置，防止兒童走失，開(kāi)發(fā)了一套智慧定位監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用GPS模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了定位跟蹤，用于實(shí)時(shí)匯報(bào)兒童的位置信息，采用短消息（SMS）模塊實(shí)現(xiàn)位置信息共享和緊急報(bào)警功能。在此基礎(chǔ)上，基于Android平臺(tái)開(kāi)發(fā)了該系統(tǒng)的應(yīng)用軟件以方便查看地圖信息。文中對(duì)各模塊的功能和界面實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)分析。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，該系統(tǒng)能夠用Android手機(jī)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地進(jìn)行定位監(jiān)控，遠(yuǎn)程報(bào)警，具有及時(shí)有效、操作簡(jiǎn)便、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：GPS；Android；兒童防丟失；短信息模塊

中圖分類號(hào)：TP228.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2016）11-00-03

0 引 言

由于社會(huì)的復(fù)雜性及較快的生活節(jié)奏，兒童走失和被拐賣事件時(shí)有發(fā)生，這種現(xiàn)象深深刺痛了我們的心。全球定位系統(tǒng)的快速發(fā)展和應(yīng)用在預(yù)防兒童丟失方面起到了很好的作用。全球定位系統(tǒng)簡(jiǎn)稱GPS[1]，由美國(guó)于1994年建成并投入使用，該系統(tǒng)通過(guò)接收導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)實(shí)現(xiàn)了全球覆蓋、全天候、連續(xù)實(shí)時(shí)提供高精度的非自主式導(dǎo)航與定位，很好地解決了導(dǎo)航和定位問(wèn)題[2]。在軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，市場(chǎng)上已有許多基于GPS技術(shù)的產(chǎn)品如車載導(dǎo)航系統(tǒng)、GPS手持式用戶機(jī)等，為用戶的工作和日常生活帶來(lái)了極大的便利。

GPS的基本定位原理是：衛(wèi)星不間斷地發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時(shí)間信息，用戶接收到這些信息后，經(jīng)過(guò)計(jì)算求出接收機(jī)的三維位置、三維方向以及運(yùn)動(dòng)速度和時(shí)間信息。事實(shí)上，接收機(jī)往往可以鎖住4顆以上的衛(wèi)星，這時(shí)接收機(jī)可按衛(wèi)星的星座分布分成若干組，每組4 顆，然后通過(guò)算法挑選出誤差最小的一組用作定位，從而提高精度[3]。

本文以防止兒童丟失為背景，研究GPS技術(shù)在便攜式佩戴設(shè)備中的應(yīng)用，通過(guò)Andriod系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)手機(jī)App的開(kāi)發(fā)，幫助家長(zhǎng)隨時(shí)遠(yuǎn)程掌握兒童的位置信息。

1 總體方案設(shè)計(jì)

該智慧定位監(jiān)護(hù)系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。該系統(tǒng)的主要模塊構(gòu)成及功能如下所示：

（1）MCU主控制模塊采用MSP430芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)人機(jī)接口的控制以及對(duì)接收到的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行處理；

（2）在室外GPS信號(hào)接收良好時(shí)，GPS模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的接收，并傳輸?shù)轿⒖刂菩酒琈SP430f149；

（3）在室內(nèi)，衛(wèi)星信號(hào)接收能力較差時(shí)，采用GPRS模塊SIM900a基站定位方式，獲得定位坐標(biāo)并傳輸?shù)街骺刂破鳎?/p>

（4）在緊急情況下可以向家長(zhǎng)手機(jī)發(fā)送求助信息。

此外，該系統(tǒng)還開(kāi)發(fā)了基于Android手機(jī)的App，便于家長(zhǎng)隨時(shí)以地圖的形式查看孩子的位置。

2 主控制模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主控制器采用MSP430芯片，該芯片外圍硬件資源豐富，數(shù)據(jù)處理速度快，功耗遠(yuǎn)低于其它系列產(chǎn)品[2]，在便攜式設(shè)備的開(kāi)發(fā)中應(yīng)用廣泛。在本設(shè)計(jì)中MSP430與GPS接收模塊相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，并控制液晶顯示芯片LCD5110以實(shí)現(xiàn)位置和時(shí)間信息的顯示。在本設(shè)計(jì)中采用獨(dú)立式按鍵以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)置和緊急求助功能。主控芯片MSP430電路圖如圖2所示。

3 GPS信號(hào)接收模塊設(shè)計(jì)

GPS接收模塊采用高性能的NEO-6M模組，具有50個(gè)通道，模塊自帶高性能無(wú)源陶瓷天線，追蹤靈敏度高，兼容3.3 V/5 V電平，可以直接與單片機(jī)連接，連接圖如圖3所示。GPS模塊的RXD、TXD引腳分別與MSP430芯片的P3.4、P3.5引腳相連，實(shí)現(xiàn)定位信息的串行輸出，且該GPS芯片自帶串行接口引腳SCL、SDA，可與存儲(chǔ)器連接，對(duì)定位信息進(jìn)行保存。其硬件電路如圖3所示。

GPS接收模塊在某一時(shí)刻接收到4顆以上的GPS衛(wèi)星信號(hào)導(dǎo)航電文，采用NMEA-0183協(xié)議計(jì)算定位數(shù)據(jù)的輸出格式為ASCII碼字符串，該格式稱為幀，比較直觀且易于處理，在許多高級(jí)語(yǔ)言中都可以直接進(jìn)行判別、分離，提取用戶所需要的數(shù)據(jù)[4]。其格式形如：$aaccc，ddd，ddd，…，ddd*hh（CR）（LF）。

（1） $：幀命令起始位。

（2） aaccc：地址域，前兩位為識(shí)別符，后三位是語(yǔ)句名。

（3） ddd，…，ddd：數(shù)據(jù)。

（4） *：校驗(yàn)和前綴，也可以作為語(yǔ)句數(shù)據(jù)結(jié)束的標(biāo)志。

（5） hh：校驗(yàn)和，$與*之間所有字符ASCII碼的校驗(yàn)和。

（6）（CR）（LF）：幀結(jié)束，回車和換行符。

NMEA-0183常用命令行如表1所列。

4 GPRS遠(yuǎn)程通信模塊設(shè)計(jì)

本定位監(jiān)護(hù)系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、靈敏的定位目標(biāo)，當(dāng)位于室內(nèi)時(shí)衛(wèi)星信號(hào)微弱，可采用GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行位置信息的遠(yuǎn)程傳輸。選用一款性能強(qiáng)大的GSM/GPRS模塊芯片SIM900A，可以內(nèi)置用戶程序，連接SIM卡時(shí)可遠(yuǎn)程發(fā)送位置信息和緊急求助信號(hào)。其硬件電路如圖4所示。

5 系統(tǒng)調(diào)試

根據(jù)上述電路圖，軟件部分采用C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)初始化完成對(duì)各外圍芯片的參數(shù)設(shè)置，GPS信號(hào)的接收通過(guò)串行通信接口實(shí)現(xiàn)，并在微處理器中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和定位信息的計(jì)算。系統(tǒng)流程圖如圖5所示。

通過(guò)實(shí)物的軟硬件聯(lián)合調(diào)試可實(shí)現(xiàn)GPS信號(hào)的接收和顯示，并在室內(nèi)采用GPRS技術(shù)進(jìn)行基站定位，取得了良好的效果。根據(jù)文獻(xiàn)[5，6]在Andriod手機(jī)系統(tǒng)下開(kāi)發(fā)了App軟件，顯示實(shí)時(shí)定位信息。實(shí)物調(diào)試圖如圖6所示。

6 結(jié) 語(yǔ)

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了如下幾項(xiàng)功能：

（1）采用低功耗控制器，提高了該定位系統(tǒng)的待機(jī)時(shí)間。

（2）在室外時(shí)采用GPS定位，定位準(zhǔn)確；在室內(nèi)，當(dāng)GPS信號(hào)接收能力較差時(shí)，系統(tǒng)切換至基站定位，因此本手環(huán)無(wú)論在室內(nèi)還是室外都能獲得良好的定位能力。

（3）方便監(jiān)管者監(jiān)護(hù)低功能及特殊人群，攜帶者遇到危險(xiǎn)時(shí)也可及時(shí)發(fā)送求救信號(hào)，保障生命安全。

（4）產(chǎn)品適用范圍廣，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，稍加調(diào)整即可用于車輛、物體等的定位。

參考文獻(xiàn)

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