基于單片機防丟失設備的設計和實踐

劉育勝 宋鑫 李永樂 路婷 劉立群 王佳玉 薛飛

摘要：防止老人或者小孩走丟走失，還可以放在汽車里，利用GPS系統，設計實現了基于單片機的防丟失設備。設備利用液晶顯示屏顯示信息，并實時發送位置短信到手機傳輸當前位置的緯度和經度坐標，實現了定位與監測功能。測試結果表明，利用該設備和手機可以同時觀察老人或小孩攜帶該設備時的定位信息。

關鍵詞：單片機; GPS 定位;緯度;經度

中圖分類號： TP368.1? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）13-0237-04

Abstract： In order to prevent the old people or children from getting lost， this paper designs and implements the anti-loss equipment based on single chip microcomputer by using GPS system. The device uses LCD to display information， and sends SMS to mobile phone in real time to transmit the latitude and longitude coordinates of the current position， so as to realize the positioning and monitoring functions. The test results show that the location information of the elderly or children can be observed simultaneously by using the device and mobile phone.

Key words： MCU; GPS Positioning; latitude; longitude

為防止老人或者小孩走丟，隨時掌握老人所在的地點、時間等信息，也能幫助人們快速地找到自己的停放汽車等的位置，設計實現了基于單片機的防丟失設備。采用STC89C52單片機，采用LCD1602液晶屏，單片機與手機之間通過GSM短信模塊發送數據，以短信的形式將檢測到的當前位置的緯度和經度坐標信息發送給手機，以便實時監測老人或小孩和自己東西的位置。

1 系統設計

1.1系統總體設計

以STC89C52為中央處理器，GPS模塊用采集數據，將數據發送給單片機后，單片機根據定位計算公式得出當前位置的經緯度信息和時間信息。經過LCD顯示器處理后得出和時間信息SIM800A模塊發送短信到設定的手機號上，將檢測到的經緯度和時間信息展示在短信上。系統總體設計如圖1所示。

1.2系統設計原理

系統利用GPS模塊，采集觀察點到衛星之間的距離，通過引腳串口將數值發送給單片機，單片機根據定位公式，計算出當前所在位置的經緯度坐標，單片機的串口連接到LCD1602液晶顯示屏上[1]。單片機循環檢測按鍵是否按下，當檢測到按鍵按下時，單片機操控SIM900A發送給短信到指定的手機號17361527594上，發送的短信數據信息分別顯示出其緯度和經度信息“N36d05m24s”和“E03d41m42s” [2]。系統流程圖如圖2所示。

1.3 GPS定位模塊

GPS模塊是集成了RF射頻芯片、基帶芯片和核心CPU，并加上相關外圍電路而組成的一個集成電路。GPS數據輸出格式采用標準的NMEA-0183標準，采集地理信息的速率為2秒/次，地圖坐標系為WGS-84坐標系。機器所用到的GPS模塊在定位系統中屬于用戶部分。我們通過運算每個衛星之間的距離，采用距離交會法求出接收機的經度、緯度、高度和時間，STC89C52單片機將GPS[3]模塊采集到的數據通過定位公式計算出用戶的經緯度，通過通信模塊發送到預先指定的接收手機號上，該手機號是17361527594，中國電信卡，發送的內容為：“當前位置的緯度為：北緯36度05分23秒，經度為：東經103度41分42秒”。該位置是甘肅農業大學11號樓231宿舍所在的經緯度坐標。

1.4短信發送模塊

這個模塊插入中國移動卡，用來發送經緯度數據信息，該移動SIM卡手機號是17899314036。其中GSM模塊通信[2]是和單片機的串口進行通信[4]，可以設置每隔多少時間進行一次發送短信。初始設置發送時間為1分鐘。

1.5 按鍵模塊

單片機的按鍵控制電路是由1個微動開關并聯組成的電路，按鍵的一段連接單片機的雙向I/O口，另一端接地。當按鍵開關處于張開狀態時，I/O引腳和地斷開，此時該I/O引腳處于高電平狀態。當按下按鍵時，I/O引腳接地，此時高電平置低電平，并返回一個低電平信號給單片機。按鍵開關的檢測其原理就是高低電平的檢測。

1.6 STC89C52單片機

STC89C52單片機是一款低功耗、高性能的微控制器，是STC公司早期生產用于工業控制的單片機。其作用是控制各種傳感器和外設，自行計算處理得到的數據和信號，并進行相應的操作，在工業生產中起到大腦的作用。相比于日常生活中使用的電腦，單片機只能稱得上微小電路集成系統，能起到的作用非常有限，只能處理一些簡單的控制工作。單片機的應用非常廣泛，絕大部分電器都是采用單片機進行控制，家里的大家電，比如冰箱、空調、洗衣機、電視機，小到遙控器、鼠標、鍵盤、鬧鐘。其里面都包含一個或者多個單片機。單片機廣泛應用于儀表儀器，航空航天，家用電器和醫用設備上。智能設備的發展也非常依賴單片機，多樣化的傳感器對單片機也提出了一定的要求，故此越來越多的高級的單片機出現。

1.7單片機內部電路

STC89C52單片機內部構成還是比較復雜的，雖然只是微型處理器，但是“麻雀雖小五臟俱全”，具有處理器所具有的基礎構成。包括時鐘芯片，定時器，ROM，FLASH存儲器，RAM閃存器，32個I/O口，串口通信和中央處理器。從圖4單片機內部電路圖可以得知，具有2個16位的定時器/計數器，2個串行輸入/輸出口，128字節的RAM，4K字節的ROM，64K總線擴展控制。CPU型號是8051，外部具有振蕩器及定時電路。

1.8 LCD1602液晶顯示電路

本次設計采用LCD1602液晶顯示器作為輸出顯示器，LCD1602液晶顯示器是一種工業字符型液晶，從其名稱中可以得知，顯示屏具有2行輸出，每行16個字符，能夠同時顯示16*2即32個字符。LCD1602液晶屏顯示利用液晶的特性，通過改變電壓達到控制區域顯示，最終顯示出想要的圖形或者數字。LCD1602液晶顯示屏不僅可以顯示數字，還可以顯示符號和字母。在和單片機進行通信時，和P0口進行連接，中間要有上拉電阻進行連接。本次設計LCD1602液晶顯示屏上展示檢測到的經緯度和時間。其引腳連接圖如圖6所示：

2 系統調試與測試

開機進行測試，顯示初始化界面，15秒以后LCD1602液晶顯示器顯示“GPS INIT OK！”，GPS模塊與衛星進行連接，圖7是連接好時的初始界面。然后將中國移動SIM卡插入設備，調試好進入主頁面，按下按鍵，單片機通過SIM900A模塊會將測得的緯度和經度坐標發送短信到手機上，手機接收到短信，短信內容是此時的緯度和經度坐標[5]。圖8是開始計時每隔1分鐘向家人手機發送短信時手機接收到的第一條短信情形。實時發送的短信內容中包含了當時的緯度和經度，如圖9所示。其中，“N36d05m24s”代表當前位置的緯度為：北緯36度05分23秒?！癊03d41m42s”代表當前位置的經度為：東經103度41分42秒。圖10是把時間調整到每隔2分鐘給家人手機發送第一條短信[6]的情形;圖11是時間倒計時到44秒的情形。

測試結果表明，該設備完成了利用GPS系統實時定位的功能，并且可以實時發送經緯度坐標信息到手機上進行監測。

3 小結

基于單片機的防丟失設備是為防止老人或者小孩走丟走和方便找自己常用東西的位置而設計，利用GPS系統定位經緯度坐標，利用LCD1602液晶顯示屏顯示信息，并實時發送短信到手機傳輸數據，實現了定位功能。測試結果表明，利用該設備和手機可以同時觀察老人或小孩攜帶該設備時的定位信息，完成了利用GPS系統實時定位的功能，并且可以實時發送經緯度坐標信息到手機上進行監測[7]，防丟失系統功能十分強大，不管是大人小孩都可以使用，一些產品還具有SOS緊急求助、手電筒、摔倒報警等功能，實用性強;并且對老人的考慮十分周到，但此設計由于工作量大，僅具有位置經緯度顯示、短信發送、GPS定位的功能。

參考文獻：

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[4] 李潔，何軍.云計算操作系統網絡虛擬化模塊Neutron分析研究[J].軟件，2016，37（1）：21-23，27.

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[7] 張曉諾.基于Android的智能家居環境監測系統APP設計與實現[J].軟件，2015，36（2）：77-79.

【通聯編輯：梁書】