基于北斗定位系統的智能個人防護報警器設計方案

林呂明+武斌

摘要：基于北斗定位系統以及GSM芯片的收發短信功能，以手環等移動設備形式進行個人的智能防護，并通過特定按鈕觸發其緊急情況的報警功能，對指定號碼以短信息等形式發送其所在地的相關位置信息，進行快速、精準地救援，從而達到對個人的保護，保障個人財產和人身安全。

關鍵詞：北斗定位，個人防護，GSM

引言：近年來，城市化進程不斷加快，公共安全問題日益突出。所以使遭遇緊急情況下的人員能夠及時發出報警信息顯得至關重要。當人們遇到緊急情況時，不一定能有機會撥打求救電話，所以這時候就需要有效且快速的方法來保障人身安全。目前我國正在實施北斗衛星導航系統的建設，2012年左右系統就已經具備亞太地區的定位導航和通信服務能力。2020年左右將建成覆蓋全球的導航系統。北斗衛星導航具有精度高，衛星信號強，功能豐富，以及自主知識產權等特點，是導航應用發展的新趨勢。

本文基于北斗定位系統，能夠在人員緊急情況下對指定號碼發送位置信息，撥通電話，并且提供實時錄音功能。實現了對突發事件的實時應急響應，這是北斗導航系統在民用領域的創新，具有廣闊的應用前景。

一、系統組成結構

本系統由發射端和系統接收終端兩部分組成，發射端由北斗定位模塊、錄音模塊和GSM模塊三個部分組成，接收終端主要由移動端組成。北斗定位模塊獲取并給GSM模塊提供人員的位置信息；錄音模塊存儲語音內容；GSM模塊向指定號碼發送報警信息并撥打電話。

緊急報警按鈕觸發后北斗定位模塊啟動，將位置信息由GSM模塊以短信形式發送給指定號碼并撥打電話，同時開啟錄音功能。

二、系統具體模塊設計

2.1單片機

單片機是單片微型計算機的簡稱，是典型的嵌入式微控制器，其在我們的日常生活中占據了重要的地位。早期的單片機都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因可靠而性能不錯獲得了很大的好評。此后在8031上發展出了MCS51系列單片機系統。基于這一系統的單片機系統直到現在還在廣泛使用。但是51單片機在本文并不適用。

本設計中需要單片機與北斗定位模塊以及GSM模塊進行連接，要求單片機具有雙串口功能；并且因為是移動設備為了避免頻繁的充電單片機還需要低功耗的特點，這些要求傳統的51單片機無法勝任。所以我們選用C8051F380單片機。C8051F380 相對于其他單片機C8051F380[44]具有以下突出特點：[1]

①兼容8051微控制器內核，執行速度快，其峰值執行速度可達 48MIP。

②r片內采用Silicon Labs二線（C2）開發接口，支持在系統、全速、非侵入式調試（不占用片內資源）。這種調試方式支持設置斷點、單步運行、全速運行和停止命令。

③片上資源豐富，包括48個I/O引腳、4個通用的16位定時器/計數器、2個UARTS、4325字節RAM以及64KB字節的flash。

④擁有上電復位、電源監視、時鐘丟失檢測等功能。

⑤擁有48MHZ的高精度內部晶振，可工作在多種功耗模式下。

從以上特點可知，C8051F380擁有2個UARTS，可分別與北斗定位模塊和GSM模塊進行連接通信；

2.2北斗定位模塊

北斗一號采用陳芳允院士提出的“雙星定位”思想進行構建，系統由空間站和地面應用系統兩大部分組成，系統組成如圖 2.1所示。北斗一號采用的定位原理屬于有源定位，需要通過地面站來聯系定位導航衛星。而美國GPS則是無源定位的方式工作，有源定位與無源定位在定位精度、覆蓋范圍和傳輸延時等方面存在較大的差距。[2]

北斗二號采用無源定位的工作方式，可以說是中國的“GPS”，它的出現是為了解決北斗1號存在的缺點，提供更精確、更廣泛、更安全的定位導航能力。所以本文選用（BD2）+GPS雙系統定位的BD-126北斗定位模塊。該模塊支持北斗二號/GPS雙模式定位，定位更加精準效率更高，運行更穩定。其對外輸出信號為GGA語句、GSV語句、VTG語句。默認波特率設置是“9600，N，8，1”[3]。

2.3 GSM模塊設計

2.3.1 GSM簡介

GSM即為全球移動通信系統，本系統采用由TC35、串口電路和保護電路組成的GSM模塊。TC35新版西門子工業GSM模塊是一個既支持英文短信又支持中文短信息的工業級GSM模塊，支持數據和語音兩種格式的 SMS 短信發送形式，且格式的設置都可通過AT命令來實現，本系統只需要發送包含個人位置信息的中文短信息。

2.3.2 TC35模塊功能介紹

TC35模塊功能有：GSM基帶處理器、GSM射頻部分、電源ASIC（Application Specific Integrated Circuit）、Flash 。GSM基帶處理器是整個模塊的核心，它由一個C166 CPU和一個DSP處理器內核控制著模塊內各種信號的傳輸、轉換、放大等處理過程。GSM射頻部分是一個單片收發器SMARTi，它由一個外差式接收器、上變頻調制環路發送器（upconversion modulation loop transmitter）、一個射頻鎖相環路和一個全集成中頻合成器4個功能塊組成，共同完成對射頻信號的接收和發送等處理。GSM 模塊電流變化非常大，空閑時電流小于3.5mA，而在通話期間電流最大可達2.3A，這就對供電電路提出了較高的要求。GSM模塊電源ASIC部分使用線性電壓調節器把外部輸入的電源電壓Vbatt+進行穩壓處理后供 GSM基帶處理器和GSM射頻部分使用，此外它還輸出一個2.9V/70mA 的電壓供模塊外的其他電路使用。GSM射頻部分的功率放大器對電源電壓要求不高，所以直接使用外部的輸入電壓Vbatt+。Flash用來存儲一些用戶配置信息、電話本和其他信息。

2.3.3 TC35數據接口

TC35 的數據輸入/輸出接口實際上是一個串行異步收發器，它符合ITU-TRS232 接口標準，它有固定的參數：8位數據位和1位停止位，無校驗位，波特率在300bpS-115kbpS之間可選，硬件握手信號用RTS0/CTS0，軟件流量控制用XON/XOFF，CMOS電平，支持標準的AT命令集。通過這一接口可以用AT命令切換操作模式，可以使它處于語音、數據、短消息或傳真模式。

2.3 警報觸發按鈕防誤觸功能的實現

警報觸發按鈕的觸發需要特定的動作，需要對按鈕進行三次及以上連續按下，并且連續按下的時間間隔不能超過0.5s，才能觸發報警系統，有效防止誤觸情況的發生。

參考文獻：

基于GPS定位數據的出行端點推斷

期刊論文] 《吉林大學學報（工學版）》 ISTIC EI PKU -2016年3期肖光年雋志才高晶鑫XIAO Guang-nianJUANZhi-caiGAO Jing-xin

車載GPS導航系統中GPS定位與道路匹配方法研究 （被引用 70 次）

[期刊論文]《武漢測繪科技大學學報》 ISTIC EI PKU -2000年3期王密郭丙軒雷霆李德仁WANG MiGUOBingxuanLEITingLIDeren

作者簡介：

林呂明（1996.01.21-）男，漢族，身份證號：350403199601210014，本科生，福建省龍巖市，研究方向：地理信息科學

武斌（1995.07.21）男，漢，身份證號：411481199507214533，本科生，河南省永城市，研究方向：地理信息科學endprint