蔣逸飛 武汝劍 朱國(guó)杰 吳勇國(guó)

摘 要：?jiǎn)纹瑱C(jī)已經(jīng)滲入人們生活的各個(gè)領(lǐng)域，很難找到哪些領(lǐng)域沒(méi)有單片機(jī)的痕跡。文章中設(shè)計(jì)的智能拐杖系統(tǒng)是由主控制器模塊、GSM模塊、SIM900A電路、GPS模塊電路、液晶顯示模塊、電源模塊組成的一個(gè)基于MSP430F149單片機(jī)，結(jié)合固定電話或移動(dòng)通信的系統(tǒng)。通過(guò)手機(jī)短信可以查詢到老人現(xiàn)在所處的位置，同時(shí)設(shè)備也可以做到實(shí)時(shí)顯示定位，并且通過(guò)GSM技術(shù)將信息傳輸給主控制器，進(jìn)行信息處理，做出正確的判斷。

關(guān)鍵詞：MSP430單片機(jī)；GSM；GPS；LCD1602；短信傳輸

中國(guó)從1999年開(kāi)始，進(jìn)入了老齡社會(huì)。中國(guó)政府高度重視和解決人口老齡化問(wèn)題，積極發(fā)展老齡事業(yè)。然而，中國(guó)的人口老齡化問(wèn)題所造成影響正在逐步體現(xiàn)出來(lái)。例如，老年人會(huì)因身體原因而摔倒，以及走失等一些問(wèn)題。在大多數(shù)城市，每天各街道派出所都會(huì)接到老人走失的報(bào)警電話。此問(wèn)題一方面花費(fèi)了大量的人力物力，另一方面也對(duì)老年人的健康有著一定的影響。因此，本文提出了一個(gè)防走失拐杖的課題。圍繞此課題國(guó)內(nèi)外尚沒(méi)有成體系的理論，但有許多類似的理論和成果，并且已經(jīng)應(yīng)用到實(shí)際生活當(dāng)中去。進(jìn)行這次課程設(shè)計(jì)的目的是希望能設(shè)計(jì)出一套比較完善的設(shè)計(jì)方案。

1 系統(tǒng)的功能分析及體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本設(shè)計(jì)的核心為單片機(jī)。除此之外，各有3個(gè)輸入輸出模塊。輸入模塊包含：電源以及降壓電路，按鍵電路，GPS模塊。輸出模塊包含GSM模塊、LCD液晶顯示模塊、LED燈電路（見(jiàn)圖1）。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路及功能

本產(chǎn)品主要通過(guò)GPS模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)定位功能，通過(guò)GSM模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能，通過(guò)液晶顯示模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)位置信息的顯示，并通過(guò)電源對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行供電。初步確定的工作流程大致如下：在電源開(kāi)關(guān)打開(kāi)之后，液晶顯示屏上顯示經(jīng)緯度信息，發(fā)送短信到指定的SIM卡上之后，可以得到實(shí)時(shí)的經(jīng)緯度信息的回復(fù)短信。本設(shè)計(jì)中，整個(gè)電路由GPS芯片接收衛(wèi)星發(fā)出的經(jīng)緯度信息，經(jīng)過(guò)處理器處理顯示在LCD顯示屏上。當(dāng)接收到短信的信號(hào)時(shí)，將經(jīng)緯度信息發(fā)送到發(fā)短信的手機(jī)上。

2 硬件電路的設(shè)計(jì)

2.1 主控芯片的設(shè)計(jì)

基于MSP430F149具有精簡(jiǎn)指令集、超低功耗，可靠性高、功耗低、擴(kuò)展靈活、體積小、價(jià)格低和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，我們選擇此型號(hào)的單片機(jī)作為此設(shè)計(jì)的核心板[1]。在系統(tǒng)中共有1種活動(dòng)模式（Activity Mode，AM）和5種低功耗模式（LPM 0～LPM 4）。在等待方式下，耗電為 0.7 μA，在節(jié)電方式下，最低可達(dá) 0.1 μA 。本設(shè)計(jì)中需要外接的5 V移動(dòng)電源進(jìn)行供電，因此，基于MSP430f149超低功耗的特點(diǎn)，我們選用此芯片作為CPU部分，旨在使產(chǎn)品可以長(zhǎng)時(shí)間地穩(wěn)定工作。同時(shí)，基于MSP430的擁有通信模塊寄存器，我們可以以此來(lái)實(shí)現(xiàn)GSM短信通信電路。

2.2 GSM模塊電路

本系統(tǒng)選擇SIM800A模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程短信信息交互。SIM800A是一款GSM/GPRS模塊，為SMT封裝。其主要的特點(diǎn)：性能穩(wěn)定，外觀小巧，性價(jià)比高，只要插上SIM卡即可使用[2]?；谝陨系奶攸c(diǎn)，該GSM模塊使用起來(lái)非常的便捷。SIM800A工作頻率為GSM/GPRS 900/1 800 MHz，可以低功耗實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、SMS和數(shù)據(jù)信息的傳輸。SIM800A尺寸為24 mm×24 mm×3 mm，能適用于各種緊湊型產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求。在此產(chǎn)品中，將單片機(jī)采集并處理后的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)通過(guò)UART端口傳送到GSM模塊，而后便可以發(fā)送到特定的手機(jī)號(hào)碼。

2.3 GPS模塊電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)選擇NEO-6M GPS模塊對(duì)位置信息的獲取。BLOX-NEO-6M-0-001有50個(gè)通道的u-blox引擎，一百多萬(wàn)個(gè)有效相關(guān)器，熱啟動(dòng)和輔助啟動(dòng)首次定位時(shí)間小于1 s[3]。-162 dBm的SuperSense捕獲和跟蹤靈敏度，具備KickStart功能，信號(hào)微弱時(shí)可實(shí)現(xiàn)加速啟動(dòng)。支持AssistNow Online和AssistNow Offline等A-GPS服務(wù)。該型號(hào)的GPS模塊還包含了一個(gè)天線的部分。通過(guò)天線來(lái)接收衛(wèi)星的信號(hào)，并加以處理來(lái)實(shí)現(xiàn)定位功能。此模塊在工作時(shí)，天線必須沒(méi)有遮擋。否則有可能會(huì)出現(xiàn)定位不成功或者是定位不準(zhǔn)確的情況。

2.4 LCD1602顯示設(shè)計(jì)

我們的設(shè)計(jì)是要求本設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)在液晶屏幕上顯示經(jīng)緯度的功能。因此，選擇1602型號(hào)的液晶。LCD1602液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過(guò)電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，即可以顯示出圖形。相對(duì)于12864液晶，1602型號(hào)的液晶更加小巧，比較符合產(chǎn)品本身使用靈活簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。在本設(shè)計(jì)中，將液晶的引腳同主芯片的引腳對(duì)應(yīng)相連，通過(guò)液晶驅(qū)動(dòng)程序加以顯示，如圖2所示。

3 軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)用C語(yǔ)言作為匯編語(yǔ)言[4-5]。正常情況下，該設(shè)備處于待機(jī)狀態(tài)。當(dāng)接收到短信時(shí)，指示燈閃爍，單片機(jī)執(zhí)行中斷程序，將接收到的衛(wèi)星信號(hào)轉(zhuǎn)化為定位信息，轉(zhuǎn)換完畢后將定位信息返回給單片機(jī)。MSP430F149將此信息通過(guò)GSM模塊以短信發(fā)送給特定手機(jī)。本設(shè)計(jì)中，液晶模塊每隔10 ms進(jìn)行一次數(shù)據(jù)更新，將接收到的最新的GPS信號(hào)輸出在LCD1602屏幕上。

4 結(jié)語(yǔ)

在當(dāng)下飛速發(fā)展的時(shí)代中，智能化以及物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將是一種必然趨勢(shì)，該防走失拐杖用智能的手段很好地解決了老人走失的問(wèn)題，針對(duì)日益嚴(yán)重的人口老齡化現(xiàn)象，做出了較好的應(yīng)對(duì)方案。

[參考文獻(xiàn)]

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