基于S3C2440A 的老人孩子定位監護系統的研究

武 一， 任海莉

（河北工業大學 信息工程學院， 天津 300401）

現在，由于生活條件和醫療條件越來越好，人類的壽命都有不同程度增長，導致老齡化[1]成為問題，同時由于國家計劃生育的有效執行，獨生子女[2]也越來越多。 由于老人孩子本身的局限性， 當他們遇到安全問題時不能依靠自己解決，需要中年人的幫助，而作為社會中堅力量的中年人本身壓力也很大，不能做到對老人孩子的時時保護，所以老人孩子的安全監護越來越成為一個社會問題。

GPS（全球定位系統）能夠每天二十四小時為人類提供精確的服務，最早應用于軍事，現在由于其方便靈活、質優價廉的特點，被廣泛的應用于人們日常的生產生活。

GSM（全球移動通信系統）是一個采用時分多址技術，網絡容量很大，接收發送信息都很靈敏，被廣泛應用的移動電話標準。 嵌入式系統[3]是一個以應用為目的，可移植性高的專用計算機系統，它的體積很小，方便攜帶，所以很適合本論文所研究的系統。

針對老人孩子安全性這個現實問題，GPS 與GSM 的廣闊發展前景以及嵌入式的現實應用，本論文提出了一種將GPS定位技術與GSM 通訊技術融合起來， 以嵌入式系統為整個系統的核心，構成的老人孩子定位監護系統。 主要包括GPS定位功能，協議解析及通過GSM 與手機通信。

1 系統的整體設計

整個系統由個人終端設備，GSM 網絡， 手機終端3 部分組成。個人終端設備是整個系統的關鍵，它由ARM，GPS/GSM模塊以及一些外圍電路構成，本論文的個人終端設備可以實現定位數據的接收、處理和發送。 GSM 網絡是個人終端系統和手機終端的傳輸介質， 只要移動手機信號覆蓋到的地方，此網絡永遠“在線”，非常適合應用于對老人兒童的監護。

整個系統的工作原理如下所示： 首先， 個人終端通過GPS 單元接收定位數據， 然后通過ARM 提取老人孩子所處的經度、緯度信息，可視衛星數目及時間信息，并將其存儲在內存中。 然后個人終端通過GSM 網絡將提取好的定位信息發送給手機。

2 系統硬件設計

本系統的主要的組成部分有嵌入式處理器，SIM908 定位與信息傳輸模塊， 電源系統， 存儲系統， 按鍵及串口。S3C2440A 模塊作為主控制芯片， 對其他各個模塊系統的功能進行協調實現， 最終實現GPS 定位，GSM 網絡傳輸的功能。 系統的硬件整體架構如圖1 所示。

圖1 系統的硬件整體架構Fig. 1 The whole system architecture hadrware

2.1 S3C2440A 模塊

S3C2440A 模塊是由Samsung 公司開發研制的， 它的出現是為了解決高端手持設備存在的一些問題， 它的內核是ARM920T，它的處理器是16/32 位的RISC，主頻最高可達到400 MHz。該模塊的功耗相對起來比較低，而且具有高速的處理計算能力， 能解決一些實時性的問題。 該模塊可支持WinCE，、Linux 等系統， 由于Linux 系統具有源代碼開放，可裁剪等優點， 經常被應用到PDA 等設備， 本論文就選擇了Linux 操作系統。 該模塊還集成了外圍存儲控制器、定時器、3個UART 通道、通用I/O 口等部件。

2.2 SIM 908 模塊

SIM908 模塊能實現GPS 的定位功能和通過GSM 網絡通訊的功能，它具有體積小，穩定性高等優點，很適合應用于個人終端的手持設備。

GPS 定位系統由3 部分構成： 具有24 顆GPS 衛星的空間部分， 還有包括主控站數據注入站以及監測站的地面部分、以及用來接收處理定位信息的用戶接收部分[4]。 日常生活中，我們說到的GPS 一般只是指用戶接收部分，本論文研究的內容也是此部分。用戶設備又包含接收GPS 衛星發出相關信息的接收機與對接收到的數據進行分析處理的數據處理兩部分。 GPS 定位系統工作的基本原理是，依據已經發射上去的運動速率很高的衛星的某一時刻的瞬間位置作為已知數據，采用的計算方法是空間距離后方交會，確定出待測點的位置，在本論文中就是個人終端所在的位置[5]。

GPS 單元的接收類型為42 chn， 冷啟動是－143 dBm，時間是30 s，熱啟動時間1 s，準確定位，精度＜2.5 mCEP，分定位狀態和導航狀態，本論文用到的是定位。

GSM 可工作在850/900/1 800/1 900 MHz 這4 種頻率下，滿足GSM（2/2+）標準，功耗低，本論文所用到的是GSM 的短消息（SMS）[6]功能，每條短消息可輸入的字符數不超過160。

SMS 有Block、Text、PDU 這幾種模式。 其中Block 出現較早，現在已經不適用，PDU 模式編碼解碼較復雜，而且本論文只需傳輸數字與字母，所以使用Text 模式最為合適。 GSM 單元用AT 命令對其進行控制，文中用到一些基本配置如下：

AT+CMGF=1，發短信息時，按照Text；

AT +CMGS = ” +8613752565216”， 綁 定 手 機 號 碼13752565216。

3 系統軟件設計

3.1 系統的功能

系統的主要功能有：

1）定位功能：個人終端的GPS 模塊能對當前所處位置進行定位， 然后通過串口把定位信息傳輸到終端的S3C2440A處理器上并將信息記錄下來。

2）數據的傳輸功能：個人終端通過GSM 模塊綁定一個手機終端（中國移動），兩者之間進行信息傳輸，GSM 模塊接收手機終端發送來的請求GPS 信息等短消息，GSM 模塊執行相應操作，發送GPS 數據等短消息。

3）SOS 報警功能：當老人孩子遇到危險或周圍人發現他們有危險時，可按下個人終端上的SOS 鍵，發出報警，綁定好的手機終端可接收到攜帶老人孩子當前位置的短消息。

3.2 GPS 的軟件實現

本論文的GPS 定位信息所符合的協議是NMEA0183 協議[7]，導航的定位語句一般由幀頭、幀尾和幀內的信息組成，包含很多種，如GGA、GLL 等。 其中，區別語句的關鍵因素是幀頭，語句確定之后，相應的幀內數據也就確定了。 通過對各數據幀的內容進行分析，得到GPS 數據的經緯度信息、時間信息以及一些其他相關信息。 本設計用到的語句是RMC 和GSV。 RMC 的格式如下所示:

$GPRMC，＜1＞，＜2＞，＜3＞，＜4＞，＜5＞，＜6＞，＜7＞，＜8＞，＜9＞，＜10＞，＜11＞*hh＜CR＞＜LF＞

本論文定位出的一條語句如下：

$GPRMC，085134.000，A，3913.961348，N，11702.980013，E，0.000，，253.5，270714，，，A*6C

其中，本論文用到的相關數據幀的說明與例子的對應關系如表1 所示。

表1 RMC 格式Tab. 1 RMC format

GSV 的格式如下所示：

$GPGSV，＜1＞，＜2＞，＜3＞，＜4＞，＜5＞，＜6＞，＜7＞，＜4＞，＜5＞，＜6＞，＜7＞*hh＜CR＞＜LF＞

其中＜3＞為顯示衛星的總數目00～12，其他標號在此試驗中未涉及到。

在解析數據時， 需要判別ASCII 碼的幀頭是“GPRMC”或是“GPGSV”，若檢驗無誤，則確定本幀數據是可用數據，通過對此幀數據的解析，可以獲得當前可視衛星數目、經度、緯度及時間，并存儲。 GPS 對定位的數據進行解析的過程如圖2 所示。

圖2 GPS 軟件流程圖Fig. 2 GPS software flowchat

3.3 GSM 的軟件實現

GSM 的主要功能是作為一種無線通道，傳輸GPS 數據，同時它還可接收手機終端的請求命令，GSM 的短消息發送流程圖如圖3 所示。

圖3 發送短消息的流程圖Fig. 3 Flowchat to send a short message

3.4 老人兒童監護系統個人終端的軟件實現

首先電腦將應用程序通過FTP 下載到ARM9 芯片中并運行程序。 則GPS 模塊工作并通過UART1 將接收到的符合GPS NAME 協議的數據傳給ARM9，之后對協議進行解析，以及存儲解析之后的數據。 當ARM9 芯片接收到手機的短信請求或者按下按鍵，GSM 模塊通過UART1 從ARM9 中得到GPS 信息，并將GPS 信息通過短信的形式發送給手機。

4 老人兒童監控系統的實驗結果

老人兒童定位監護系統的平臺搭建完成后，要對其進行各個模塊和系統的整體調試。調試分為GPS 的準確性調試和GSM 的準確性調試。

4.1 GPS 的調試

測試GPS 單元， 查看串口接收到的GPS 數據的準確性和實效性。 提取的GPS 信息數據如圖4 所示。

圖4 定位出的導航電文Fig. 4 Locate the navigation message

之后對上述導航電文進行解析，得到定位數據。

4.2 GSM 的調試

測試GSM 單元，本論文中GSM 主要實現GPS 數據到手機終端的傳輸，從手機終端上可以看到日期，時間，經度以及緯度信息，如圖5 所示。

圖5 手機終端接收到的GPS 定位數據Fig. 5 Mobile terminal receines GPS location data

5 結 論

文中提出的一種基于S3C2440A 的GPS 定位GSM 短消息傳輸的老人孩子定位監護系統，并給出了相應的硬件結構圖和G 各單元的軟件設計以及兩者協調工作的軟件流程圖。從實驗結果我們可以看出，本系統能夠實現對老人孩子的定位監護功能以及SOS 報警功能， 系統具有一定的可靠性，應用前景可觀。

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