薛凡+田紅+肖明霞

【摘要】 本項(xiàng)目是專門針對(duì)有關(guān)兒童走失問(wèn)題的一個(gè)電子設(shè)計(jì)。此電子設(shè)計(jì)主要由硬件電路和軟件兩部分。硬件部分的設(shè)計(jì)采用了STM32F103ZE單片機(jī)作為控制核心，通過(guò)外部GPS模塊精確地定位信息傳給控制核心進(jìn)行處理，顯示在OLCD屏上，并通過(guò)GSM模塊 把準(zhǔn)確定位信息反饋監(jiān)護(hù)人的手機(jī)上。軟件設(shè)計(jì)用keilMDK編寫程序代碼，并使用仿真軟件對(duì)設(shè)計(jì)的硬件電路和程序進(jìn)行測(cè)試。

【關(guān)鍵詞】 單片機(jī) GPS模塊 GSM模塊 OLCD屏

引言

兒童安全問(wèn)題在全世界范圍內(nèi)一直存在。在各種媒體中兒童走失，被拐事件層出不窮，可見(jiàn)孩子的丟失問(wèn)題已經(jīng)成為孩子外出玩耍及上學(xué)的主要潛在威脅，因此如何設(shè)計(jì)一款既方便價(jià)格又便宜的兒童安全管家是一個(gè)比較熱門的話題。

隨著科技的飛速發(fā)展國(guó)內(nèi)外一些軟件開(kāi)發(fā)商和電子產(chǎn)品公司都在相繼開(kāi)發(fā)生產(chǎn)有關(guān)此類的產(chǎn)品，例如騰訊公司設(shè)計(jì)研發(fā)的智能兒童安全手環(huán)及360公司自主開(kāi)發(fā)的兒童安全管家等相應(yīng)電子產(chǎn)品。但這類產(chǎn)品都缺乏一定的互動(dòng)性，讓孩子無(wú)法深切感受到此產(chǎn)品的存在，沒(méi)有主觀積極去使用它，從而會(huì)忘記充電或放棄攜帶而最終導(dǎo)致產(chǎn)品不能達(dá)到監(jiān)護(hù)兒童的目的。所以這類產(chǎn)品在兒童安全管家電子產(chǎn)品市場(chǎng)上一直沒(méi)有太大反響，不能引起購(gòu)買者的興趣。

一、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要由主控制器（STM32F103ZE）、GPS定位模塊、GSM通信模塊，OLCD液晶顯示模、顯示模塊等部分組成。本設(shè)計(jì)采用了大量的硬件電路來(lái)完成各個(gè)模塊部分功能，其目的是充分的利用硬件電路設(shè)計(jì)使系統(tǒng)達(dá)到相應(yīng)的未定性能。系統(tǒng)的總體硬件構(gòu)思框圖如圖。

二、硬件電路模塊

由上圖的的硬件框圖可知，該智能兒童安全管家采用了主控模塊、定位模塊、提示模塊、定位模塊、顯示模塊等五大部分組成。下面就對(duì)各個(gè)硬件模塊的功能和設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2.1主控電路

本系統(tǒng)選用STM32F103ZE單片機(jī)作為主控芯片，STM32F103ZE是ST旗下的一款常用的增強(qiáng)型系列微控制器，最高72MHz工作頻率，在存儲(chǔ)器等待周期訪問(wèn)時(shí)可達(dá)1.25DMips/MHZ，內(nèi)置32K到128K的閃存，不同的在于SRAM的最大容量和外設(shè)接口的組合。作為主系統(tǒng)控制核心，該單片機(jī)主要負(fù)責(zé)采集GPS所定位數(shù)據(jù)信號(hào)和處理，再通過(guò)GSM把數(shù)據(jù)發(fā)送到手機(jī)上，并協(xié)同其他模塊電路共同工作。

2.2 GPS模塊電路

GPS模塊是一款把RF射頻芯片、核心CPU和基帶芯片以及相關(guān)外圍電路緊湊的布局在一塊PCB電 路板上。 GPS模塊具有高靈敏度，低功耗等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用應(yīng)用于各種無(wú)線定位設(shè)備中。在這塊緊湊的的PCB電路板上，可以同時(shí)追蹤20多顆衛(wèi)星，并快速確定地點(diǎn)坐標(biāo)，并以1 Hz/s速度導(dǎo)航更新。該模塊在接收到發(fā)送定位數(shù)據(jù)請(qǐng)求之后，通用$GPRMC精簡(jiǎn)數(shù)據(jù)輸出相應(yīng)數(shù)據(jù)信息，這條數(shù)據(jù)信息包括了目標(biāo)所在地點(diǎn)的經(jīng)度、緯度以及目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向角，并相應(yīng)的對(duì)定位數(shù)據(jù)是否有效進(jìn)行判斷。如果定位數(shù)據(jù)信息是有效數(shù)據(jù)則GPS模塊就把準(zhǔn)確的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理之后發(fā)送給主控。從而達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控兒童的動(dòng)態(tài)方位，進(jìn)而防止兒童走失。

三、通信模塊

GSM模塊是一款在通信領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛的通訊模塊。SIM800系列GSM模塊是具有獨(dú)立GSM射頻處理及操作系統(tǒng)的功能模塊，故而SIM800系列GSM模塊具有發(fā)送簡(jiǎn)易SMS短信的功能。在監(jiān)護(hù)人發(fā)送一條讀取信息指令之后，該模塊把兒童的的時(shí)時(shí)定位數(shù)據(jù)通過(guò)短信的形式發(fā)送到監(jiān)護(hù)人的手機(jī)上。讓監(jiān)護(hù)人了解兒童的情況。

四、顯示模塊

該模塊主要的的功能是顯示兒童所在的地的經(jīng)緯度坐標(biāo)，讓他們知道自己所處地點(diǎn)，同時(shí)更加有效的防止在和家長(zhǎng)失去聯(lián)絡(luò)時(shí)，進(jìn)行簡(jiǎn)單的自救。

五、軟件設(shè)計(jì)流程

由于智能兒童安全管家實(shí)現(xiàn)的功能比較復(fù)雜，相應(yīng)的程序設(shè)計(jì)難度增加。程序不僅要考慮到各個(gè)模塊功能的實(shí)現(xiàn)，還要考慮各模塊與模塊之間協(xié)調(diào)，主控與模塊之間的有效管理。這樣才能使程序條理清楚，同時(shí)也能提高系統(tǒng)的效率，進(jìn)而達(dá)到最佳效果。

六、結(jié)束語(yǔ)

智能兒童安全管家作為尋找走失兒童的重要幫手，將會(huì)是未來(lái)科技發(fā)展的一種趨勢(shì)，因此對(duì)其研究設(shè)計(jì)具有非常重要現(xiàn)實(shí)的意義。本設(shè)計(jì)主要研究了如何能有效地對(duì)地點(diǎn)進(jìn)行定位，以及進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并可以快速的將被監(jiān)護(hù)兒童消息發(fā)送給監(jiān)護(hù)人。此設(shè)計(jì)系統(tǒng)雖然簡(jiǎn)單，但在兒童安全產(chǎn)品方面的設(shè)計(jì)發(fā)展中提供了新思路。