防残障老人失踪定位追踪装置设计 【摘要】为方便残障老人出行，并且及时反馈出老人的出行位置，设计了一种防残障老人失踪定位追踪装置设计。该装置以STM 32单片机为核心，利用GPS定位技术及GSM通信技术，实现对残障老人的实时定位追踪。通过单片机编程实现地理位置信息的获取，可设定安全范围，当残障老人超出安全范围的时候，GSM模块会及时向家人手机发送短信，让残障老人家人及时掌握老人的具体位置，老人也可以使用该装置实现主动向家人发送位置信息。该装置可做到防止残障老人的失踪，使残障老人出行更加安全。 【关键词】STM 32单片机；GPS定位追踪；GSM通信 当前全球已呈现各国老龄化进程加快、老龄人口增多的趋势。我国每年因有残障而走失的老人数逐年上升，为了方便残障老人出行，并且及时反馈出老人的出行位置，保障老人的安全，一直是研究的重点，因此，防残障老人失踪定位追踪装置的研究具有极其重要的意义。目前，国内外残障老人失踪走丢的案件比比皆是，虽然经过各地民警的努力工作找回了大部分的走失人员，但浪费了大量的人力物力，各地区采取一系列的措施来解决以上问题，如张贴寻人启事、电视新闻广播等，但都不能从根本上解决类似的问题。为从根本上解决类似问题，需要一种易随身携带的追踪定位装置，老人走失后可向家人发送地理位置信息与求助信息，方便家人寻找。目前国内外市场上出现过一些类似功能产品，其缺点是功耗很大，作为手持设备不利于使用者在外长时间的使用；价格较为昂贵，且功能及操作非常复杂，不适合特殊人群使用[1，2]。作者设计开发的防残障老人失踪追踪定位装置，具有体积适中、工作时间长、价格便宜及定位精确等优点。 1.总体设计方案 该装置可实现的主要功能有： （1）可以获取当前的地理位置等信息，并将实时信息分别以数字及符号的形式呈现在液晶屏上。 （2）显示需要的地理位置，速度方向等信息，并能通过GSM发送到指定的手机，使用户能及时掌握残障老人当前的地理位置及活动情况。 （3）实时信息传输，以便家人能够及时查看到当前的老人地理位置情况。 此系统硬件主要由主控单片机、电源、GPS接收器、GSM模块、液晶显示模块等构成，主要是解决各模块间的通信问题，实现单片机、GPS接收器、GSM模块、液晶之间的互相通讯，从而完成GPS定位及GSM发送定位信息。简要过程为：残障老人携带GPS接收机接收定位卫星发来的定位数据，并根据从三颗以上不同卫星发来的数据计算出自身所处地理位置的经纬度，之后将数据通过串口传递给MCU，然后MCU将经纬度数据与设定的安全经纬度数据进行比较。 系统方案选择主要涉及以下几个方面的内容： （1）系统供电电源选择。采用开关稳压电源芯片LM2596，其输入电压范围为6V-30V，输出电压可调范围为1.23～20V，输出电流可达3A。 （2）控制器的选择。采用STM32L控制器，片上模拟功能的最低工作电源电压为1.8V。数字功能的最低工作电源电压为1.65V，在电池电压降低时，可以延长电池供电设备的工作时间。 （3）定位装置GPS选择。采用导航型接收机，这类接收机一般采用C/A码伪距测量，应用广泛，价格便宜，适合系统设计。 （4）通讯装置GSM的选择。采用TC35芯片，自带RS232通讯接口，可以方便地与PC机、单片机连机通讯。可以快速、安全、可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务和传真。 （5）显示部分即液晶屏选择。利用12864液晶屏，利用该模块灵活的接口方式和简单方便的操作指令，可以显示8*4行16*16点阵的汉字，也可以完成图形显示。 系统总体方案图见图1。 2.系统硬件设计 系统总体硬件电路见图2。该系统实现了STM32与GPS和GSM的完美融合，STM32的快速处理及低功耗对于这款移动装置来说无疑是锦上添花。GSM与GPS结合跟踪移动目标，GPS和GSM看似两个不同领域的东西，但如果巧妙地加以组合，它们将在许多方面改变人们的生活，影响人们的生活[3]。 STM32的发送与接收是通过数据寄存器USART_DR来实现的，这是一个双寄存器，包含了TDR和RDR。当向该寄存器写数据的时候，串口就会自动发送，当收到收据的时候，也是存在该寄存器内。这里关注一下两个位，第5、6位RXNE和TC。RXNE（读数据寄存器非空），当该位被置1的时候，就是提示已经有数据被接收到了，并且可以读出来了。这时候要做的就是尽快去读取USART_DR，通过读USART_DR可以将该位清零，也可以向该位写0，直接清除。TC（发送完成），当该位被置位的时候，表示USART_DR内的数据已经被发送完成了。如果设置了这个位的中断，则会产生中断[4，5]。 GPS模块的第9脚是VCC输入5V，第10脚为接地端GND，这里最主要的就是11脚TXD（串口发送TTL）和12脚RXD（串口接收TTL）。模块正常工作是连接5V电源，电源指示灯亮起，数据指示灯不停闪烁，表示GPS模块正在通过串口发送数据。 TC35i的第1-5个引脚正电源输入的，推荐电压值为4.2V，6-10引脚是电源地，11，12引脚是充电引脚，可外接锂电池。15脚是启动脚IGT，系统加电后为使TC35i进入工作状态，必须给IGT加一个大于100ms的低电平脉冲，点评下降持续时间不超过1ms。最关键的就是16-23引脚，它们是数据输出/输入引脚，实际上是一个串行异步收发器，符合RS232接口标准。STM32的串口使用的TTL电平标准是逻辑1电平是5V，逻辑0电平是0V，而GPS和GSM串行口所使用的是RS232的电平标准，它的逻辑1电平是-3V～-12V，逻辑0电平是+3V～+12V。两者的电平范围相差很远，所以连接时需要用到电平转换电路[6]。GPS和GSM模块主要靠串口跟STM32进行数据交换，GPS的TTL电平接口连接STM32的串口USART1电平接口，GSM的TTL电平接口连接STM32的串口USART2电平接口。 系统在正常工作的情况下，STM32会处理接收到的GPS数据，把一系列复杂的数据转变成通俗易懂的数据，然后发送到显示设备，在串口终端中就会不停地打印出日期、时间、经纬度信息。同时GSM模块也处于待命状态，一旦有短信发送请求，它立即把此时此刻装置的地理位置信息发送到安全手机。 3.系统软件设计 （1）主程序设计 系统主程序流程见图3。系统初始化之后，整个系统就开始工作，GPS搜索卫星信息进行定位并及时把数据传给STM32处理，经处理的数据被发送到显示屏，从而实时显示日期，时间和经纬度等信息。GSM则处于待命状态，如果接收到短信请求则发送地理位置信息到指定的安全手机。 （2）GPS定位信息的获取程序设计 在本项目中我们使用基于SiRF star III型GPS模块，采用+5V供电，TTL电平自动输出NMEA 0183 3.0格式（ASCII字符型）语句。使用之前首先进行对GPS模块进行初始化，然后读取数据并通过一系列的算法处理后，将信息显示在液晶屏上，也可以传送给上位机。 （3）GSM发送定位信息程序设计 我们采用了TC35i新版西门子工业GSM模块，它是一个支持中文短信息的工业级GSM模块。SIM电压为3V/1.8V，TC35i的数据接口（CMOS电平）通过AT命令可双向传输指令和数据，可选波特率为300b/s～115kb/s，自动波特率为1.2kb/s～115kb/s。它支持Text和PDU格式的SMS（Short Message Service，短消息），可通过AT命令或关断信号实现重启和故障恢复。它接收到单片机发送的信息的信号后会开始工作，首先进行初始化，然后读取数据并通过一系列的算法处理后，将信息发送的指定的手机上，实现地理位置的实时追踪。 （4）显示程序设计 我们采用ST7920 12864常用的字符型液晶显示模块，电源电压工作范围2.7v到5.5v，有8位数据总线D0～D7和RS、R/W、E3个控制端口，PSB为并行串行选择，驱动控制模块提供的基本指令，并且带有字符对比度和背光（背光灯光）功能。将定位信息、日期时间、速度方向等信息直观的显示出来。 4.结论 为方便残障老人出行，并且及时反馈出老人的出行位置，保障老人的安全，作者设计开发了防残障老人失踪定位追踪装置。该装置系统硬件主要由主控单片机、电源、GPS接收器、GSM模块、液晶显示模块等构成，可以获取当前的地理位置等信息，显示需要的地理位置，速度方向等信息，并能通过GSM发送到指定的手机，可实现实时信息传输，以便家人能够及时查看到当前的老人地理位置情况。装置采用低功耗节能设计，使用时间更长；体积适中，方便残障老人携带；价格便宜且定位精确。 参考文献 [1]陶齐齐，陈韦松，施连敏.基于ZigBee技术的电子导游系统的实现[J].技术与市场，2012，19（08）. [2]刘博，夏新，陈彦东.医院物资智能定位追踪系统的设计与实现[J].中国医疗设备，2012，15（06）. [3]楼然苗，李光飞.单片机课程设计指导[M].北京航空航天出版社，2007，7：191-237. [4]郭一名.GPS2 OEM板卡与PC机通信[J].湖北汽车工业学院学报，2002，16：6-9. [5]许华龙，胡来红.基于ARM的嵌入式GPS接收机设计与实现[J].战术导弹控制技术，2006（53）：50-53. [6]周国祥，周俊，刘成良.基于GSM无线技术的产量远程监测系统研究[J].自动化仪表，2005，26（11）：8-11. 郑国庆（1989—），男，山东德州人，现就读于滨州学院。 潘月晓，男，山东日照人，现就读于滨州学院。 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/1702a8c9adaad1f34693daef5ef7ba0d4a736da8.html