薛凡+田紅+肖明霞

【摘要】 本項目是專門針對有關兒童走失問題的一個電子設計。此電子設計主要由硬件電路和軟件兩部分。硬件部分的設計采用了STM32F103ZE單片機作為控制核心，通過外部GPS模塊精確地定位信息傳給控制核心進行處理，顯示在OLCD屏上，并通過GSM模塊 把準確定位信息反饋監(jiān)護人的手機上。軟件設計用keilMDK編寫程序代碼，并使用仿真軟件對設計的硬件電路和程序進行測試。

【關鍵詞】 單片機 GPS模塊 GSM模塊 OLCD屏

引言

兒童安全問題在全世界范圍內(nèi)一直存在。在各種媒體中兒童走失，被拐事件層出不窮，可見孩子的丟失問題已經(jīng)成為孩子外出玩耍及上學的主要潛在威脅，因此如何設計一款既方便價格又便宜的兒童安全管家是一個比較熱門的話題。

隨著科技的飛速發(fā)展國內(nèi)外一些軟件開發(fā)商和電子產(chǎn)品公司都在相繼開發(fā)生產(chǎn)有關此類的產(chǎn)品，例如騰訊公司設計研發(fā)的智能兒童安全手環(huán)及360公司自主開發(fā)的兒童安全管家等相應電子產(chǎn)品。但這類產(chǎn)品都缺乏一定的互動性，讓孩子無法深切感受到此產(chǎn)品的存在，沒有主觀積極去使用它，從而會忘記充電或放棄攜帶而最終導致產(chǎn)品不能達到監(jiān)護兒童的目的。所以這類產(chǎn)品在兒童安全管家電子產(chǎn)品市場上一直沒有太大反響，不能引起購買者的興趣。

一、系統(tǒng)的設計

系統(tǒng)主要由主控制器（STM32F103ZE）、GPS定位模塊、GSM通信模塊，OLCD液晶顯示模、顯示模塊等部分組成。本設計采用了大量的硬件電路來完成各個模塊部分功能，其目的是充分的利用硬件電路設計使系統(tǒng)達到相應的未定性能。系統(tǒng)的總體硬件構思框圖如圖。

二、硬件電路模塊

由上圖的的硬件框圖可知，該智能兒童安全管家采用了主控模塊、定位模塊、提示模塊、定位模塊、顯示模塊等五大部分組成。下面就對各個硬件模塊的功能和設計進行詳細介紹。

2.1主控電路

本系統(tǒng)選用STM32F103ZE單片機作為主控芯片，STM32F103ZE是ST旗下的一款常用的增強型系列微控制器，最高72MHz工作頻率，在存儲器等待周期訪問時可達1.25DMips/MHZ，內(nèi)置32K到128K的閃存，不同的在于SRAM的最大容量和外設接口的組合。作為主系統(tǒng)控制核心，該單片機主要負責采集GPS所定位數(shù)據(jù)信號和處理，再通過GSM把數(shù)據(jù)發(fā)送到手機上，并協(xié)同其他模塊電路共同工作。

2.2 GPS模塊電路

GPS模塊是一款把RF射頻芯片、核心CPU和基帶芯片以及相關外圍電路緊湊的布局在一塊PCB電 路板上。 GPS模塊具有高靈敏度，低功耗等優(yōu)點，被廣泛的應用應用于各種無線定位設備中。在這塊緊湊的的PCB電路板上，可以同時追蹤20多顆衛(wèi)星，并快速確定地點坐標，并以1 Hz/s速度導航更新。該模塊在接收到發(fā)送定位數(shù)據(jù)請求之后，通用$GPRMC精簡數(shù)據(jù)輸出相應數(shù)據(jù)信息，這條數(shù)據(jù)信息包括了目標所在地點的經(jīng)度、緯度以及目標運動方向角，并相應的對定位數(shù)據(jù)是否有效進行判斷。如果定位數(shù)據(jù)信息是有效數(shù)據(jù)則GPS模塊就把準確的定位數(shù)據(jù)進行簡單的處理之后發(fā)送給主控。從而達到實時監(jiān)控兒童的動態(tài)方位，進而防止兒童走失。

三、通信模塊

GSM模塊是一款在通信領域應用非常廣泛的通訊模塊。SIM800系列GSM模塊是具有獨立GSM射頻處理及操作系統(tǒng)的功能模塊，故而SIM800系列GSM模塊具有發(fā)送簡易SMS短信的功能。在監(jiān)護人發(fā)送一條讀取信息指令之后，該模塊把兒童的的時時定位數(shù)據(jù)通過短信的形式發(fā)送到監(jiān)護人的手機上。讓監(jiān)護人了解兒童的情況。

四、顯示模塊

該模塊主要的的功能是顯示兒童所在的地的經(jīng)緯度坐標，讓他們知道自己所處地點，同時更加有效的防止在和家長失去聯(lián)絡時，進行簡單的自救。

五、軟件設計流程

由于智能兒童安全管家實現(xiàn)的功能比較復雜，相應的程序設計難度增加。程序不僅要考慮到各個模塊功能的實現(xiàn)，還要考慮各模塊與模塊之間協(xié)調(diào)，主控與模塊之間的有效管理。這樣才能使程序條理清楚，同時也能提高系統(tǒng)的效率，進而達到最佳效果。

六、結束語

智能兒童安全管家作為尋找走失兒童的重要幫手，將會是未來科技發(fā)展的一種趨勢，因此對其研究設計具有非常重要現(xiàn)實的意義。本設計主要研究了如何能有效地對地點進行定位，以及進行實時監(jiān)控，并可以快速的將被監(jiān)護兒童消息發(fā)送給監(jiān)護人。此設計系統(tǒng)雖然簡單，但在兒童安全產(chǎn)品方面的設計發(fā)展中提供了新思路。