白旭+劉洪濤+蔣亞文+楊雪梅+龍浩男

摘 要：設(shè)計了一款新型定位鞋。以意法半導(dǎo)體公司的STM32F103xRCT6芯片為系統(tǒng)的控制核心，并具有GPS自主定位、GSM短信提醒和系統(tǒng)集成等核心技術(shù)。同時該定位鞋能將定位信息通過短信完成與監(jiān)護(hù)人的交互。經(jīng)實(shí)際測試，該產(chǎn)品能達(dá)到設(shè)計要求。

關(guān)鍵字：STM32F103xRCT6；GPS自主定位；GSM短信提醒

基金項(xiàng)目：西北民族大學(xué)2015年國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項(xiàng)目 項(xiàng)目編號：201510742057

隨著計算機(jī)技術(shù)和嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展，可穿戴設(shè)備的功能日益強(qiáng)大，個人對便攜式定位產(chǎn)品的需求日益旺盛。由于市場現(xiàn)有的定位鞋在外觀上并不是處理的完美無瑕，在定位模塊的供電上也有局限性，此外，雖然在實(shí)時定位上有較好的穩(wěn)定性，但是在實(shí)時提醒上有很大的欠缺，完不成對適用群體的實(shí)時保護(hù)，有較多的無用功且價格不低，從而銷量一直穩(wěn)步不前。由于GPS技術(shù)所具有的全天候、高精度和自動測量的特點(diǎn)，在穿戴設(shè)備中，將GPS定位功能與GSM短信提醒功能相結(jié)合具有良好的市場前景。把該功能與出門必備的鞋子結(jié)合起來，設(shè)計一款局域性實(shí)時提醒的新型定位鞋，為老人、孩子和成年特殊人群實(shí)時保駕護(hù)航。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計

本設(shè)計主要包括一單片機(jī)主控系統(tǒng)電路，在所述單片機(jī)主控系統(tǒng)電路上連接有一電源裝置電路、一定位裝置電路和一數(shù)據(jù)發(fā)送裝置電路；其中，所述定位裝置為GPS模塊；所述數(shù)據(jù)發(fā)送裝置為GSM模塊；所述單片機(jī)主控系統(tǒng)電路中的單片機(jī)是以STM32F103xRCT6芯片為控制核心的單片機(jī)。用戶界面為手機(jī)短信接收界面。其系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

2 系統(tǒng)硬、軟件設(shè)計

2.0硬件設(shè)計

本設(shè)計包括一MCU主控電路，在所述MCU主控模塊電路上連接有一供電模塊電路、一定位裝置電路和一數(shù)據(jù)發(fā)送裝置電路；其中，所述MCU主控電路是以STM32F103xRCT6芯片為控制核心的單片機(jī)；所述定位裝置為NEO-6M-GPS接收器模塊，該模塊通過RX、TX分別與MCU主控模塊的PB10、PB11連接，接收GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)返回的數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)發(fā)送裝置為SIM900A-GSM模塊，該模塊通過RX、TX分別與MCU主控模塊的PA2、PA3連接，在GSM網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下發(fā)送經(jīng)過MCU處理后的定位信息到監(jiān)護(hù)人手機(jī)。其電路連接如圖2所示。

為了增強(qiáng)信號、搜星能力以及定位準(zhǔn)確度，在所述的SIM900A GSM模塊和NEO-6M GPS接收器模塊都連接有外置有源天線。

2.1 軟件設(shè)計

本設(shè)計用到的開發(fā)工具主要為Keil uVision4，GPS數(shù)據(jù)處理用到的算法主要為最小二乘法和卡爾曼濾波算法。軟件系統(tǒng)主要分為兩個部分：GPS定位部分和GSM短信提醒部分。其程序設(shè)計框圖如圖3所示。

2.1.1 GPS定位部分

先利用一個簡單的數(shù)逗號方法來解析NMEA-0183協(xié)議，將結(jié)果存放在通過 gps.h 定義的 m_message 結(jié)構(gòu)體內(nèi)。然后利用UBX 協(xié)議實(shí)現(xiàn) NEO-6M 模組的 5 個配置：保存設(shè)置、輸出信息設(shè)置、串口波特率設(shè)置、時鐘脈沖設(shè)置和輸出頻率設(shè)置。并將當(dāng)前 NEO-6M模塊的配置信息保存到 EEPROM 里面。最后將一批解析好的GPS定位數(shù)據(jù)發(fā)送到主控的串口，從而實(shí)現(xiàn)定位功能。

2.1.2 GSM短信提醒部分

首先使用AT+CSCS指令將GSM模塊設(shè)置為UCS216位通用8字節(jié)倍數(shù)編碼字符集，然后使用AT+CMGF指令設(shè)置短消息為文本模式，最后將號碼和定位短信內(nèi)容轉(zhuǎn)為 unicode字符串，通過串口2發(fā)送0X1A結(jié)束符。從而完成幾次定位短信的發(fā)送。

3 結(jié)束語

本設(shè)計可以對任意所選固定區(qū)域進(jìn)行實(shí)時監(jiān)護(hù)，一旦被監(jiān)護(hù)對象離開所選定的區(qū)域，系統(tǒng)會自動報警。并將被監(jiān)護(hù)對象的具體經(jīng)緯度發(fā)送到監(jiān)護(hù)人的手機(jī)，監(jiān)護(hù)人可以通過電腦/手機(jī)進(jìn)行經(jīng)緯度精確查詢并定位，從而知道被監(jiān)護(hù)對象的大概位置。由于本設(shè)計以STM32F103xRCT6芯片為控制核心，外接GPS模塊和GSM模塊，由此構(gòu)成的穩(wěn)定性較強(qiáng)的新型定位鞋。經(jīng)實(shí)際測試，該系統(tǒng)具有性能穩(wěn)定、能耗低、性價比高等特點(diǎn)，具有一定的實(shí)用推廣價值。

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作者簡介

白旭（1995-），男，漢，內(nèi)蒙古，本科。

劉洪濤（1981-），男，漢，山東，碩士，講師，研究方向：嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。