◇咸陽師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院 郝海燕 王 樂 李夢(mèng)琪

隨著時(shí)代的發(fā)展，人們的出行方式更為便捷、出行的次數(shù)也在日益增加，但是伴隨著出行次數(shù)的增加，全國范圍內(nèi)發(fā)生孩童丟失事件的次數(shù)也日益增加。為解決以上所述情況，本文設(shè)計(jì)了一款基于單片機(jī)的迷你追蹤定位器，詳細(xì)介紹了一種在單片機(jī)、GPS接收模塊、GSM通信模塊和1602LCD顯示模塊等器件的配合應(yīng)用下，通過定時(shí)發(fā)送短信功能讓家長可以實(shí)時(shí)獲取孩子位置信息的裝置。該設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為核心的控制模塊，單片機(jī)外接GPS和GSM等模塊。其中，單片機(jī)用來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制、GPS用來獲取位置信息、GSM用來發(fā)送短信。裝置可以根據(jù)不同的情況手動(dòng)設(shè)置不同的短信定時(shí)發(fā)送時(shí)間，然后根據(jù)所設(shè)置的時(shí)間將短信發(fā)送至綁定的手機(jī)號(hào)，也可以在出現(xiàn)突發(fā)情況時(shí)進(jìn)行手動(dòng)發(fā)送短信，短信的內(nèi)容主要包括孩子的經(jīng)緯度信息和時(shí)間信息。它是一種操作簡單、性能穩(wěn)定、安全可靠、性價(jià)比高的定位導(dǎo)航裝置。

1 前言

現(xiàn)代人們的生活方式豐富多樣，一家人經(jīng)常出去游玩，但在家長與小孩外出的途中，時(shí)常發(fā)生小孩丟失的情況。由于尋找方式傳統(tǒng)的局限性，使得走丟的大部分孩童雖然找回，但是還有一小部分孩子并未找到，對(duì)家庭造成了難以言喻的后果。為了防止此情況的出現(xiàn)，“智能防丟器”便應(yīng)運(yùn)而生。

由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，元器件的體積得到了極大地縮減，所以智能防丟器的體積便縮小了許多，可以將其放置在孩子的口袋中或者將其設(shè)計(jì)成體積小的掛件佩帶在身上。設(shè)計(jì)迷你定位追蹤器應(yīng)做到設(shè)備可以向手機(jī)定時(shí)發(fā)送位置的功能，在家長和孩子外出時(shí)，家長可以通過短信內(nèi)容定位孩子的位置，以及推測(cè)接下來孩子可能會(huì)前往的方向。在必要時(shí)刻，孩子也可以通過設(shè)備的按鍵緊急發(fā)送位置信息到家長的手機(jī)，而不用等定時(shí)到結(jié)束才自動(dòng)發(fā)送短信。

2 總體方案

本次設(shè)計(jì)的定位追蹤器具有定位、警報(bào)功能，需配備手機(jī)APP共同使用。單片機(jī)作為本系統(tǒng)控制核心，通過硬件電路和程序的結(jié)合設(shè)計(jì)，共同實(shí)現(xiàn)位置監(jiān)測(cè)與改變的絕對(duì)控制。GPS收到位置信息并將其傳輸至單片機(jī)，再由單片機(jī)處理信號(hào)，將信號(hào)傳輸至顯示模塊，當(dāng)設(shè)置的定時(shí)時(shí)間到達(dá)后，便向接收短信的手機(jī)號(hào)發(fā)送孩子的當(dāng)前位置，家長可以通過近幾次的經(jīng)緯度獲取孩子的大概走向，并通過下一次的經(jīng)緯度來大致預(yù)判孩子的走向。此外，在設(shè)計(jì)裝置上還加裝了按鍵發(fā)送短信的功能，當(dāng)發(fā)生突發(fā)情況時(shí)，孩子可以按下裝置上的按鈕從而讓家長獲取到當(dāng)前的位置，而不用等到定時(shí)時(shí)間結(jié)束再發(fā)送短信，從而在一定程度上再次減少了孩子發(fā)生危險(xiǎn)的概率。系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體框圖

3 主要模塊器件的選型

3.1 單片機(jī)選取

采用STC89C52單片機(jī)，STC89C52單片機(jī)其功能是對(duì)傳感器和外設(shè)進(jìn)行控制，將所得數(shù)據(jù)及信號(hào)進(jìn)行計(jì)算與處理，并在處理過程中做出與之對(duì)應(yīng)的操作。STC89C52單片機(jī)擁有40線引腳，封裝上采用雙列直插式。單片機(jī)引腳與單片機(jī)、傳感器等外設(shè)相連。通過所連接的引腳，單片機(jī)與傳感器等外設(shè)之間的數(shù)據(jù)信息才可以實(shí)現(xiàn)交互。圖2是STC89C52的封裝引腳圖。

圖2 STC89C52封裝引腳圖

3.2 GPS定位模塊

GPS模塊的選定VKEL。主要是通過GPS和北斗星進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的25*254MM高靈敏GPS天線、水平定位精度小于2.5M，授時(shí)精度為30ns。優(yōu)點(diǎn)是授時(shí)精度高、定位準(zhǔn)確性高、價(jià)格便宜。

3.3 GSM通訊模塊

GSM通訊模塊為SIM800A，其具有功能完善，體積較小，性價(jià)比高的一系列特點(diǎn)。SIM800A在結(jié)束發(fā)送短信后會(huì)產(chǎn)生較大反向電流，為防止芯片被擊穿的現(xiàn)象，電路中需接二極管。為保證短信在發(fā)送過程中擁有足夠的條件，需要接1000微法的電容。

3.4 LCD1602液晶顯示模塊

LCD1602液晶顯示器是一種被大范圍應(yīng)用的字符型液晶顯示裝置，可同時(shí)顯示32個(gè)字符。LCD1602液晶屏顯示利用液晶的特性，通過調(diào)節(jié)電壓實(shí)現(xiàn)控制區(qū)域顯示，并通過屏幕顯示出需要的圖像和數(shù)值。當(dāng)與單片式微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行交流時(shí)，將采用4.7K歐上拉電阻的P0接口。本設(shè)備所測(cè)量到的絕對(duì)位置和時(shí)間，將在圖LCD1602液晶顯示器上加以展示。

3.5 按鍵模塊

按鍵電路用4個(gè)開關(guān)并聯(lián)而成，按鍵一端與單片機(jī)連接，另一端接地。當(dāng)按鍵斷開時(shí)，I/O引腳未與大地端相連，處于高電平。當(dāng)按鍵被接通時(shí)，I/O引腳接地，引腳電平由高轉(zhuǎn)低，并且單片機(jī)返回一個(gè)低電平信號(hào)。按鍵開關(guān)檢測(cè)原理就是對(duì)高低電平檢測(cè)。在電源接通后，按下K1便進(jìn)入定時(shí)時(shí)間設(shè)置界面，通過多次按K1來確定在時(shí)、分、秒哪個(gè)位上進(jìn)行時(shí)間設(shè)置，在確定設(shè)置位置后，通過按下K2、K3來進(jìn)行時(shí)間加減，在時(shí)間設(shè)置操作結(jié)束后，按下K2后開始倒計(jì)時(shí)，在倒計(jì)時(shí)結(jié)束后向手機(jī)發(fā)送短信，并開始下一次的倒計(jì)時(shí)，在倒計(jì)時(shí)結(jié)束之前可以再次按下K4按鍵來手動(dòng)發(fā)送短信。

3.6 電源電路模塊

本設(shè)計(jì)使用5V直流電源為單片機(jī)供電，電源電路由3腳電源插座與6腳電源開關(guān)組成。外部電源插頭與電源插座連接，整個(gè)電路啟、停由電源開關(guān)直接控制。電源插座2號(hào)引腳接地，3號(hào)引腳僅固定插座，1號(hào)引腳與電源開關(guān)3號(hào)引腳連接，電源開關(guān)的1、3和4、6號(hào)引腳作用相同，作電源正極輸出。

4 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)上電后，開始初始化各模塊，設(shè)置定時(shí)發(fā)送短信時(shí)間，當(dāng)初始化完成各模塊開始工作，GPS模塊對(duì)衛(wèi)星和信號(hào)發(fā)出點(diǎn)間距離進(jìn)行計(jì)算，將整理后的數(shù)據(jù)由其引腳串口傳輸至單片機(jī)，單片機(jī)通過定位公式，將該點(diǎn)所在的精度和緯度以及時(shí)間高度等信息計(jì)算出，并將其經(jīng)度和緯度以及時(shí)間等信息顯示在與單片機(jī)串口相連的1602液晶顯示屏上。然后判斷設(shè)定的時(shí)間是否到達(dá)，如果到達(dá)則發(fā)送短信至設(shè)定的SIM卡，調(diào)試途中單片機(jī)會(huì)檢測(cè)是否有按鍵按下，若有，單片機(jī)操控SIM800發(fā)送短信至設(shè)定SIM卡，短信內(nèi)容為經(jīng)緯度、時(shí)間信息。圖3為主程序流程圖：

圖3 軟件主程序流程圖

該系統(tǒng)通過調(diào)試系統(tǒng)靜態(tài)工作，設(shè)置多項(xiàng)參數(shù)，結(jié)果滿足預(yù)期目標(biāo)并且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定最終達(dá)到迷你定位追蹤器更方便的使用效果。

5 結(jié)論

本次設(shè)計(jì)通過使用相應(yīng)的元器件做出了關(guān)于定位尋找孩童的裝置，從基本原理剖析開始,再在熟悉了STC89C52單片機(jī)的工作原理和應(yīng)用方式之后，再詳盡的剖析了GPS定位模塊的基本構(gòu)造、工作原理以及測(cè)試原理的方法，最終以實(shí)物調(diào)試和總結(jié)收尾，完成設(shè)計(jì)。