Android系統中GPS定位監護系統的設計

張燕++吳玲++林建波

摘 要：為了讓家長及時獲悉兒童所處的位置，防止兒童走失，開發了一套智慧定位監護系統。該系統采用GPS模塊設計實現了定位跟蹤，用于實時匯報兒童的位置信息，采用短消息（SMS）模塊實現位置信息共享和緊急報警功能。在此基礎上，基于Android平臺開發了該系統的應用軟件以方便查看地圖信息。文中對各模塊的功能和界面實現進行了詳細分析。經實驗測試，該系統能夠用Android手機實時準確地進行定位監控，遠程報警，具有及時有效、操作簡便、穩定性好的優點。

關鍵詞：GPS；Android；兒童防丟失；短信息模塊

中圖分類號：TP228.4 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）11-00-03

0 引 言

由于社會的復雜性及較快的生活節奏，兒童走失和被拐賣事件時有發生，這種現象深深刺痛了我們的心。全球定位系統的快速發展和應用在預防兒童丟失方面起到了很好的作用。全球定位系統簡稱GPS[1]，由美國于1994年建成并投入使用，該系統通過接收導航衛星信號實現了全球覆蓋、全天候、連續實時提供高精度的非自主式導航與定位，很好地解決了導航和定位問題[2]。在軍事領域和民用領域都得到廣泛的應用和發展，市場上已有許多基于GPS技術的產品如車載導航系統、GPS手持式用戶機等，為用戶的工作和日常生活帶來了極大的便利。

GPS的基本定位原理是：衛星不間斷地發送自身的星歷參數和時間信息，用戶接收到這些信息后，經過計算求出接收機的三維位置、三維方向以及運動速度和時間信息。事實上，接收機往往可以鎖住4顆以上的衛星，這時接收機可按衛星的星座分布分成若干組，每組4 顆，然后通過算法挑選出誤差最小的一組用作定位，從而提高精度[3]。

本文以防止兒童丟失為背景，研究GPS技術在便攜式佩戴設備中的應用，通過Andriod系統實現手機App的開發，幫助家長隨時遠程掌握兒童的位置信息。

1 總體方案設計

該智慧定位監護系統總體框圖如圖1所示。該系統的主要模塊構成及功能如下所示：

（1）MCU主控制模塊采用MSP430芯片實現對人機接口的控制以及對接收到的衛星信號進行處理；

（2）在室外GPS信號接收良好時，GPS模塊實現對衛星信號的接收，并傳輸到微控制芯片MSP430f149；

（3）在室內，衛星信號接收能力較差時，采用GPRS模塊SIM900a基站定位方式，獲得定位坐標并傳輸到主控制器；

（4）在緊急情況下可以向家長手機發送求助信息。

此外，該系統還開發了基于Android手機的App，便于家長隨時以地圖的形式查看孩子的位置。

2 主控制模塊設計

系統主控制器采用MSP430芯片，該芯片外圍硬件資源豐富，數據處理速度快，功耗遠低于其它系列產品[2]，在便攜式設備的開發中應用廣泛。在本設計中MSP430與GPS接收模塊相連，實現數據傳輸，并控制液晶顯示芯片LCD5110以實現位置和時間信息的顯示。在本設計中采用獨立式按鍵以實現系統設置和緊急求助功能。主控芯片MSP430電路圖如圖2所示。

3 GPS信號接收模塊設計

GPS接收模塊采用高性能的NEO-6M模組，具有50個通道，模塊自帶高性能無源陶瓷天線，追蹤靈敏度高，兼容3.3 V/5 V電平，可以直接與單片機連接，連接圖如圖3所示。GPS模塊的RXD、TXD引腳分別與MSP430芯片的P3.4、P3.5引腳相連，實現定位信息的串行輸出，且該GPS芯片自帶串行接口引腳SCL、SDA，可與存儲器連接，對定位信息進行保存。其硬件電路如圖3所示。

GPS接收模塊在某一時刻接收到4顆以上的GPS衛星信號導航電文，采用NMEA-0183協議計算定位數據的輸出格式為ASCII碼字符串，該格式稱為幀，比較直觀且易于處理，在許多高級語言中都可以直接進行判別、分離，提取用戶所需要的數據[4]。其格式形如：$aaccc，ddd，ddd，…，ddd*hh（CR）（LF）。

（1） $：幀命令起始位。

（2） aaccc：地址域，前兩位為識別符，后三位是語句名。

（3） ddd，…，ddd：數據。

（4） *：校驗和前綴，也可以作為語句數據結束的標志。

（5） hh：校驗和，$與*之間所有字符ASCII碼的校驗和。

（6）（CR）（LF）：幀結束，回車和換行符。

NMEA-0183常用命令行如表1所列。

4 GPRS遠程通信模塊設計

本定位監護系統為了實現實時、靈敏的定位目標，當位于室內時衛星信號微弱，可采用GPRS網絡進行位置信息的遠程傳輸。選用一款性能強大的GSM/GPRS模塊芯片SIM900A，可以內置用戶程序，連接SIM卡時可遠程發送位置信息和緊急求助信號。其硬件電路如圖4所示。

5 系統調試

根據上述電路圖，軟件部分采用C語言編程實現，系統初始化完成對各外圍芯片的參數設置，GPS信號的接收通過串行通信接口實現，并在微處理器中進行數據處理和定位信息的計算。系統流程圖如圖5所示。

通過實物的軟硬件聯合調試可實現GPS信號的接收和顯示，并在室內采用GPRS技術進行基站定位，取得了良好的效果。根據文獻[5，6]在Andriod手機系統下開發了App軟件，顯示實時定位信息。實物調試圖如圖6所示。

6 結 語

該系統實現了如下幾項功能：

（1）采用低功耗控制器，提高了該定位系統的待機時間。

（2）在室外時采用GPS定位，定位準確；在室內，當GPS信號接收能力較差時，系統切換至基站定位，因此本手環無論在室內還是室外都能獲得良好的定位能力。

（3）方便監管者監護低功能及特殊人群，攜帶者遇到危險時也可及時發送求救信號，保障生命安全。

（4）產品適用范圍廣，結構簡單，成本低，稍加調整即可用于車輛、物體等的定位。

參考文獻

[1]崔妍.基于GPS的兒童實時定位監護系統的設計與實現[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學，2012.

[2]肖振鋒，袁榮湘，鄧翔天，等.基于MSP430F169的遠程智能故障監測器[J].電力自動化設備，2013，33（1）：160-164.

[3]吳東東，朱蘇磊.基于單片機的GPS定位顯示設計[J].上海師范大學學報（自然科學版），2016，45（1）：21-27.

[4]韓曉新，邢紹邦，沈琳.基于AT89C52單片機的液晶GPS定位儀設計[J].工礦自動化，2010，36（2）：38-40.

[5]舒俊.基于Android平臺的移動終端設計與實現[D].鎮江：江蘇科技大學，2013.

[6]徐航，趙國軍.基于Android的電梯遠程監控系統[J].機電工程，2012，29（9）：1065-1068.

[7]杜永興，展鏢，李寶山，等.基于ZigBee和GPS的草原牛群監測系統的設計[J].現代電子技術，2016，39（8）：138-141.