基于北斗/GSM技術的掌上智能防丟防盜系統

陳麗珠

(福州大學 數學與計算機科學學院,福建 福州 350108)

隨著通信網絡的發展和手機的普及，人與人之間只是一個網絡的距離，隨著物聯網技術[1]的發展，人與物之間也將只是一個網絡的距離，物體的防丟防盜管理將有重要的意義。目前的防丟防盜設備多數基于無線通信原理[2]或紅外線與GSM通信原理[3-4]，實現近距離防丟防盜警報或單純的紅外人體檢測警報。鑒于此，本文結合現有的北斗二代定位技術[5]、GSM網絡通信技術，在Android智能手機上實現防丟防盜遠程智能監控系統[6]。系統實現物品或人員的監控、搜索、定位等掌上智能化管理；系統實現移動軌跡追蹤功能，區別目前的地圖軟件，可在手機端存儲用戶移動的軌跡。

1 移動位置服務技術研究

1.1 北斗設備監控端位置服務技術研究

北斗設備監控端定位模塊使用的是MXTOS2-200模塊，該模塊是由北京時代民芯公司開發的GPS、BD-2雙模兼容接收機，具有低功耗、小體積、高性能等特點。該模塊提供了串口、I2C和SPI 3種通信接口，本文使用串口0，速率為 115 200 b/s。發送來的字符串為：$GPGGA,〈UTC 時間〉,〈緯度〉,〈緯度標識符 N 或 S〉,〈經度〉,〈經度標識符 E或 W〉,〈定位狀態〉,〈正在使用的衛星數量〉,〈HDOP 水平精度因子〉,〈海拔高度〉,〈地球橢球面相對大地水準面的高度〉,〈差分時間〉,〈差分站 ID號〉,〈校驗值〉。截取經緯度信息，根據經緯度距離公式(見4.2節)計算距離，從而判斷其是否脫離監控范圍。

1.2 Android平臺移動位置服務技術研究

Android平臺有著嚴格的安全機制，位置服務、手機地圖服務等操作需在AndroidManifest.xml文件中申明權限。GPS要獲取ACCESS_COARSE_LOCATION、ACCESS_FINE_LOCATION等權限，百度地圖需ACCESS_NETWORK_STATE、WRITE_EXTERNA-L_STORAGE等權限。

2 數據存儲研究與設計

Android手機端采用兩種數據存儲方式，一種采用SharePreference存儲，將數據存儲到文件系統中；另一種采用SQLite數據庫存儲。對于小數據量且不經常改變的數據采用第一種方式，比如地圖級別、北斗設備報警音效提醒、GPS更新距離等；北斗設備信息、追蹤路徑等數據量較大且經常操作的數據就采用第二種方式。其中，北斗設備數據庫設計如表1所示。

表1 北斗設備信息表

3 系統設計

3.1 系統整體功能設計

本文的整體功能設計框圖如圖1所示。

3.2 GSM無線通信協議設計

防丟防盜遠程監控功能是通過GSM無線網絡進行通信的，本文自行擬定的通信協議如下所示。

(1)手機端監控上鎖/解鎖指令

#LOCK,〈手機端號碼〉,〈監控距離〉,〈蜂鳴器警報〉,〈LED燈警報〉/#UNLOCK,〈手機端號碼〉

如#LOCK,13246830424,100,1,1表示監控距離為100 m、開啟蜂鳴器和LED燈警報。

(2)北斗設備端經緯度位置請求指令

圖1 系統整體功能設計框圖

手機端發送 #REQLOC,〈手機端號碼〉請求北斗設備端經緯度，北斗設備端接收到請求后，發送#REQLOC,〈經度〉,〈緯度〉指令給手機端。

(3)手機端搜索北斗設備指令

#SEARCH,〈 手機端號碼〉,〈蜂鳴器〉,〈LED 燈〉

(4)北斗設備警報指令

北斗設備端超出監控范圍后，將發送#ALARM,〈北斗端號碼〉,〈經度〉,〈緯度〉,〈超出范圍〉指令。

4 北斗設備監控端設計與實現

4.1 功能描述

北斗設備端主要是由北斗定位模塊、GSM模塊、LPC2478處理器模塊、蜂鳴器LED及按鈕模塊組成。北斗定位模塊負責位置信息服務，GSM模塊負責通信，蜂鳴器和LED燈用于警報，按鈕模塊用于緊急聯系和位置推送。流程圖如圖2所示，主要部件原理圖設計如圖3所示。

4.2 移動軌跡距離計算

圖2 北斗設備監控端流程圖

圖3 北斗設備主要部件原理圖

獲取兩點經緯度信息，將其轉為球面坐標，計算兩點間的一段劣弧的長度，即為移動軌跡的長度。現假設獲取到兩坐標點A、B,如圖4所示。點O為球心，球面半徑為 R，球面上的點 A(lon1,lat1)、B(lon2,lat2)，lon1、lon2為經度，lat1、lat2為緯度。AC、BD垂直于赤道平面，垂足分別為 C、D。

圖4 地球上兩點間球面距率

4.3 模塊實現

北斗設備端使用μC/OS-II操作系統開啟了GSM模塊、北斗經緯度模塊和按鈕中斷3個任務。北斗監控端命令結構體如下所示。

北斗經緯度任務中通過strstr函數判斷是否接收到"$GPGGA"開頭的字符串，再通過strtok命令截取經緯度。結構體中的monCmd命令等于LOCK，且監控狀態mon-Status等于MONITING時，通過4.2節距離公式計算移動距離。如果距離超出監控范圍，將monStatus狀態置為 ALERT，若isLed或 isBeep等于ON，則開啟LED燈和蜂鳴器。同時構造警報信息，調用Send_SMS函數給手機監控端發送警報。

5 Android手機監控端設計與實現

5.1 功能描述

手機端進行北斗設備端和手機端通信時，按3.2節約定的協議構造信息。手機端主要包括北斗設備增刪查改功能，北斗設備加鎖、解鎖、位置請求、搜索等功能；手機用戶或北斗設備百度地圖位置顯示、手機用戶移動軌跡記錄和查詢、刪除等功能。點擊主界面設備列表記錄可進行加解鎖、位置請求和搜索操作；點擊底部的新建按鈕可建新的監控設備；點擊底部的系統設置按鈕可設置地圖顯示級別、語言報警提示等設置；點擊位置服務按鈕可查看手機用戶當前位置和按地址查詢地圖位置；點擊路徑追蹤按鈕可記錄用戶移動軌跡以及管理用戶移動的軌跡。

5.2 模塊實現

Android手機端軟件可安裝在Android2.1及以上版本的系統上，本文軟件在酷派8150手機Android2.3版本上進行測試，下面將介紹軟件的功能實現和測試結果。

(1)北斗設備端防丟防盜功能

北斗設備記錄以圓角列表顯示，如圖5所示；點擊列表記錄后，創建GridView彈出窗體，可選擇設備加解鎖、搜索、修改等操作，選擇設備加鎖和設備搜索都要進行參數設置，設備操作如圖6所示；點擊新建對象按鈕可新建設備，勾選上鎖按鈕則調用SMS模塊通知北斗設備端，如圖7所示。

(2)位置服務和路徑追蹤功能

位置服務地圖上顯示手機用戶和北斗設備位置，系統實現中SMSreceiver類繼承了BroadcastReceiver類，在onReceive方法中截獲到"#REQLOC"位置請求指令后，將啟動Intent調用地圖類顯示當前位置。

圖5 列表界面

圖6 功能操作界面

圖7 新建設備界面

路徑追蹤功能用于管理用戶移動軌跡，距離采用4.2節推導的公式，代碼實現為R*Math.acos(Math.sin(Lat1r)*Math.sin(Lat2r)+Math.cos(Lat1r)*Math.cos(Lat2r)*Math.cos(Long2r-Long1r))。點擊左上角按鈕可在彈出窗體中查看追蹤軌跡，如圖8所示。

圖8 查看軌跡

(3)系統參數設置功能

系統參數設置地圖默認級別、北斗設備警報語音報警和振動警報等，Menu菜單的快捷按鈕可關閉和開啟語音警報。效果如圖9所示。

圖9 參數設置

SMSreceiver類的onReceive方法中截獲北斗設備警報截獲"#ALARM"指令后，獲取語音和振動警報參數，開啟相應警報；通過PendingIntent設置警報通知內容和運行的 Intent；最后，調用 NotificationManager類中的notify發送警報通知欄消息。手機用戶點擊通知欄警報可查看警報信息，如圖10所示。

圖10 警報通知

隨著北斗定位技術和物聯網技術的發展，物體快速定位將非常方便，物品的遠程智能化防丟防盜管理有著重要意義。本系統還可以用來監控小孩和老人，當小孩跑離監控范圍后，系統馬上向家長發送警報，防止孩子走丟，可通過位置請求服務實時了解他們的位置動態。在將來人與物品都網絡化的社會中，掌上智能防丟、防盜管理只需一掌的距離便可掌握各方動態。

[1]顧征宇.廣電物聯網智能家居體系設計[J].物聯網技術,2012(11)：60-62.

[2]王嘯東,尤鳳翔.基于單片機的智能防丟器系統設計[J].河 南 科 技,2011(11)：61.

[3]任杰.基于彩信的無線紅外防盜報警系統的硬件設計[D].天津：河北工業大學,2007.

[4]張曄.基于紅外檢測與GPS坐標變化判據的電力設施防盜裝置[D].長春：吉林大學,2011.

[5]黃建華,吳升.面向北斗二代終端的導航地圖更新框架[J].福州大學學報(自然科學版),2012,40(3)：347-351.

[6]ABUZALATA M,MOMANI M,FAYYAD S,et al.A practical design of anti-theft car protection system based on microcontroller[J].American Journal of Applied Sciences,2012,9(5)：709-716.