基于單片機的老人小孩防丟控制器

黃德欽+羅鴻+阮正鑫

【摘 要】本文介紹一種老人小孩定位防丟控制器，它以單片機為基礎，添加GPS模塊和GSM模塊來實現防丟及定位尋找功能。能夠遠距離定位通訊，在獲得目標（老人和小孩）的位置信息后，能判斷并選擇最佳線路尋找目標。主要采用型號為STCl2C5A60S2芯片，結合GPS、GSM實現雙串口同時工作。工作穩定性高，制作成本較低。

【關鍵詞】防丟裝置；單片機；GPS模塊；GSM模塊；雙串口；AT指令

【Abstract】This article introduces an anti-lost controller for senior citizens and children， which is based on a single-chip system，includes a GPS module and a GSM module to address anti-lost and positioning search function. The device can achieve long-distance communications positioning， remote user obtains location information via GSM module.After determining the lost people location，the controller immediately selects the best route to find them.Circuit mainly uses model STCl2C5A6OS2 chips，combined with GPS，GSM dual serial ports simultaneously.The controller has a high stability and low production costs.

【Key words】Anti-lost；Microcontroller；GPS module；GSM module；dual serial ports；AT commands

0 前言

現在社會中，時常會有小孩、年長者和智力殘障人士走丟。全國每年會有20萬的小孩走丟，其中只有不到0.l%的人能夠回到自己的家庭。目前已經批量生產的防丟裝置主要用于物品，針對人員的還鮮少可見。本文的防丟裝置的主要受眾是人類，實現人員的遠距離快速定位，便于進行快速搜索。

老人小孩防丟器又稱“個人定位終端”，該項目結合了通信領域及智能監控領域中GPS技術、GSM技術、GIS技術。對目標物或人實時準確定位。可廣泛運用于安防系統及醫療可廣泛應用到車輛出租行業/機械設備等防盜追蹤、兒童及老人安全防范、人員管理、刑事跟蹤等場合。目前市場上流行的大部分防丟器市場價格偏高，均都能起到較好的防丟警報功能，但是大部分防丟設備沒有較為精準的定位功能，或者存在工作范圍受到限制的問題，給日常生活使用帶來不便。本防丟器功能完善，能較好的協調解決這些問題，真正做到全天候，全方位，全過程防丟失。并具有生產成本低，電路簡單抗干擾強功耗低，實用性強的特點。

1 總體方案工作原理及設計方案

GPS的接收模塊收到來自衛星的數據，運算得出當前所處方位的坐標。人們可以根據單片機上設定的安全號碼并以該號碼向防丟器上的GSM模塊進行撥號、發送AT指令信息。持有者手中的防丟器設備將根據指令信息將其所接收到定位信息解析后，經過GSM模塊在發送至安全號碼上，至此家人可以根據接收到的定位信息更加方便地找到走丟人員。具體流程圖如下圖1所示：

伴隨GSM技術的成熟，GPS的信號傳送已經由電臺、專網傳送轉向利用GSM公網進行傳送， 該系統實現了對移動目標的監控、防丟功能，運用GSM的短信作用來實現信號傳送，響應速度快。

系統將接收到的GPS信息進行計算處理后，得出移動目標的經度、緯度、速度、方向，并利用現有的GSM網絡作為通信工具進行定位數據的傳送。

在系統結構上可分為三個模塊：位置信息獲取與發射（GPS模塊）、信息相互傳遞（移動通信系統GSM）、信息分析與處理（單片機運算處理）。[6]

2 硬件電路設計

定位系統由控制單元單片機（STCl2C5A60S2）、GPS定位模塊（Ublox NEO 6M）、GSM模塊（SIM900A）、LCD顯示模塊（LCDl2864）和電源模塊組成。如圖2所示當使用者通過短信向終端傳達定位命令，終端經GPS模塊及GSM模塊得到位置坐標，然后將坐標通過短信發給使用者。GPS模塊完成接收GPS消息的功能。GSM承擔定位和短信收發任務。[2]

3 GSM模塊的AT指令

單片機發送AT指令至模塊，再解析模塊返回的數值，從而判斷所需的功能是否成功啟用，進而再進行下一條指令。[1]

使用GSM模塊時，串行端口傳送數組命令AT到系統，若回復“OK”，即表示連接成功；

接著需設置短信格式：串行端口傳送命令到模塊，指令為AT+CMGF=m（m=l：text模式；m=0：PDU模式），返回“OK”，則表示設置成功；

設置短信中心：串口發送數組命令到TC35， AT+CSCA=“+86l380xxxx500”回車（xxxx為地方號碼區號），回復“OK”，則為正常工作；

設置接收人號碼及發送短信：串口發送數組命令到模塊，AT+CMGS=“+86XXXXXXXXXXX”回車，將所需發送的信息編輯程包，在text（或是PDU信息）格式下，發送信息至對方收信人，若模塊返回值為“OK”，則表示信息發送成功。[2]

4 GPS數據包解析

目前GPS發展較為先進，民用GPS能達到3m的精度。本裝置使用的GPS模塊為Ublox NEO 6M，外形小巧；[6]采用KickStar技術，首次定位時長（TTFF）不大于l秒，熱啟動及輔助啟動時間均不大于3s，冷啟動時長小于29s；能夠支持GPS、GALILEO、SBAS（WAAS、EGNOS、MSAS、GAGAN）混合引擎，支持AssistNow Online和AssistNow Offline等A-GPS服務；并且以5Hz的定位更新速率實時更新所在位置的地理信息，精確度定位狀態下可達到2.5MCEP，SBAS狀態下可達到2.0MCEP。[3]

5 終端軟件設計方案

軟件流程如下圖3。

軟件運行過程中，5l單片機從串口l上一直收到定位數據，串口2采用最高優先級，當串口2所連接的GSM模塊有指定電話打入時，則調用GSM子程序，將定位信息裝載至S2BUF存儲區中，GSM模塊經串口2向指定手機傳送 。

軟件使用模塊化編程，分為主程序（main.c）、GPS模塊（GPS.c）、GSM模塊（GSM.c）、LCD模塊（LCD.c）、顯示程序（display.c）。在主程序運行的時候，通過調用頭文件中所申明的變量以及函數名，調用所定義的變量和函數段。

程序分別設置了串口l和串口2的初始化程序，將兩個串口都設置成波特率960，其中串口2使用獨立波特率發生器。并且串口2的優先級高于串口l。

6 結束語

基于單片機的老人小孩防丟系統結合衛星定位技術、無線電移動通信技術和信號處理技術，通過軟硬件的設計制作來實現。該項設計符合時代需求，并且在多個領域有著廣泛的應用前景，可與多個行業進行配合使用。

本裝置能實現遠距離的定位。可靠性更好，穩定性更高，且制作成本低，性價比較高對該產品再進行加工處理，外形設計，增加用戶體驗度，符合時代潮流，將增加其市場流通性。

【參考文獻】

[1]郭亮，余祖龍，趙廣山.一種新型防丟器的設計[J].科技資訊，2011：34：1.

[2]何社民.移動通信網中GPS定位信息的傳輸[J].北京：全國2004年導航學術年會，2004.

[3]王闖，崔雯博.基于STC89C52的無線電子防丟器的設計[J].無線互聯科技，2015.

[4]陳文強.基于AT89C52單片機的β-γ智能巖心編錄儀的設計[D].西安石油大學，2008：94.

[5]譚振興.基于BLE技術的智能防丟器設計與實現[D].山東大學碩士學位論文，2016：02.

[6]王興，黃虎，基于MCU和CPLD的二次雷達應答機在航空體育中的應用[J].中國集成電路，2013：5：81-84.

[責任編輯：湯靜]