佩戴式可定位收音機(jī)制作

摘 要：本文主要介紹組成技術(shù)、應(yīng)用范圍?？梢詫?shí)現(xiàn)調(diào)頻收音機(jī)功能，同時(shí)能夠?qū)崟r(shí)了解佩戴人的具體位置信息，讓人們?cè)谑章?tīng)廣播的同時(shí)，能夠自動(dòng)及時(shí)發(fā)送準(zhǔn)確定位信息，使其家人能及時(shí)找到他們。

關(guān)鍵詞：定位；收音；單片機(jī)；GSM；GPRS

中圖分類號(hào)：TN851

在現(xiàn)代社會(huì)中，中國(guó)人口逐漸步入老齡化，孩子的課余生活豐富多彩。隨著人們的生活水平不斷提高，生活中的數(shù)字化和智能化也越來(lái)越受到人們的關(guān)注。許多老年人通過(guò)聽(tīng)收音機(jī)豐富生活，孩子們也利用收音機(jī)充實(shí)童年時(shí)光。但由于幼小的孩子記憶能力較弱，年齡逐漸增大的老年人記憶力也在降低，他們都屬于容易走失的特殊群體?！芭宕魇娇啥ㄎ皇找魴C(jī)”可以實(shí)現(xiàn)調(diào)頻收音機(jī)功能，同時(shí)能夠?qū)崟r(shí)了解佩戴人的具體位置信息，讓人們?cè)谑章?tīng)廣播的同時(shí)，能夠自動(dòng)及時(shí)發(fā)送準(zhǔn)確定位信息，使其家人能及時(shí)找到他們。

1 組成技術(shù)

“佩戴式可定位收音機(jī)”主要由五部分組成，即FM收音機(jī)模塊、GPS接收機(jī)模塊、GSM/GPRS模塊、單片機(jī)控制電路和電源電路。FM收音機(jī)模塊負(fù)責(zé)接收調(diào)頻廣播；GPS模塊負(fù)責(zé)接收定位數(shù)據(jù)；GSM/GPRS模塊在單片機(jī)的控制下與特定手機(jī)交換信息；單片機(jī)控制電路對(duì)GPS定位數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并根據(jù)用戶設(shè)置做出相應(yīng)處理；電源電路為所有模塊和電路提供直流電源。

1.1 FM收音機(jī)模塊

FM（Frequency Modulation）廣播即調(diào)頻廣播，是一種利用調(diào)頻波段以無(wú)線發(fā)射的方式來(lái)傳輸廣播的方式。調(diào)頻廣播具有無(wú)需立桿架線、覆蓋范圍廣、無(wú)限擴(kuò)容、安裝維護(hù)方便、投資省、音質(zhì)優(yōu)美清晰的特點(diǎn)。在調(diào)頻發(fā)射機(jī)中允許將最大頻偏限制在75KHZ，我國(guó)的調(diào)頻頻率規(guī)定范圍為87--108MHZ。

調(diào)頻廣播的優(yōu)點(diǎn)：由于FM系統(tǒng)的抗干擾性能比AM（振幅調(diào)制）系統(tǒng)的性能強(qiáng)，同時(shí)FM信號(hào)的產(chǎn)生和接收方法也并不復(fù)雜，故FM系統(tǒng)應(yīng)用廣泛。FM信號(hào)的傳輸帶寬比AM信號(hào)的帶寬寬得多，因此FM系統(tǒng)抗噪性能要優(yōu)于AM系統(tǒng)抗噪性能。

目前的調(diào)諧方式有四種：

（1）可變電容調(diào)諧方式，其電路簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，但穩(wěn)定性差，必須每隔一段時(shí)間就要調(diào)整一次，否則頻率飄移，收不到信號(hào)或失真。

（2）變?nèi)莨茈妷赫{(diào)諧式，這種方式比可變電容調(diào)諧方式前進(jìn)了一大步，但頻率飄移問(wèn)題仍得不到根本解決。

（3）石英晶體振蕩方式，它從根本上解決了頻率飄移問(wèn)題，多年使用，穩(wěn)定性良好。這種方式的缺點(diǎn)是，晶體一般是多次倍頻，其諧波成份多，抗干擾性差，靈敏度難控制，頻率固定，調(diào)整頻率時(shí)必需更換晶體。

（4）頻率合成方式，是一種理想的方式，它頻率穩(wěn)定性好，調(diào)整方便。可使用手持紅外遙控器對(duì)頻率和音量進(jìn)行遙控。

采用FM模塊制作電調(diào)諧調(diào)頻收音機(jī)，具有電路簡(jiǎn)單、制作容易、調(diào)試方便、性能價(jià)格比高、音質(zhì)好、成本低、體積小等特點(diǎn)。調(diào)頻收音機(jī)設(shè)有調(diào)諧按鈕和復(fù)位按鈕，按一下調(diào)諧按鈕收音機(jī)就會(huì)自動(dòng)從頻率低端（87MHz）向頻率高端（108MHz）選臺(tái)，當(dāng)收到一個(gè)電臺(tái)時(shí)，收音機(jī)就會(huì)自動(dòng)鎖定電臺(tái)并停止搜索，如要收聽(tīng)下一個(gè)電臺(tái)節(jié)目，可再按一下調(diào)諧按鈕繼續(xù)按順序搜索電臺(tái)。當(dāng)搜索到頻率最高端時(shí)，按一下復(fù)位按鈕即可回到頻率最低端，再重新按順序選臺(tái)。

1.2 GPS模塊

GPS（Global Positioning System）即全球定位系統(tǒng)，是美國(guó)研制的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。GPS起始于1958年美國(guó)軍方的一個(gè)項(xiàng)目，1964年投入使用。20世紀(jì)70年代，美國(guó)陸海空三軍聯(lián)合研制了新一代衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS。主要目的是為陸海空三大領(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報(bào)收集、核爆監(jiān)測(cè)和應(yīng)急通訊等一些軍事目的，經(jīng)過(guò)20余年的研究實(shí)驗(yàn)，耗資300億美元，到1994年，全球覆蓋率高達(dá)98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設(shè)完成?，F(xiàn)實(shí)生活中，GPS定位主要用于對(duì)移動(dòng)的人、寵物、車及設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)定位監(jiān)控。GPS定位結(jié)合了GPS技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)（GSM/GPRS/CDMA）、圖像處理技術(shù)及GIS技術(shù)，主要可實(shí)現(xiàn)如下功能：跟蹤定位、軌跡回放、報(bào)警。

GPS衛(wèi)星發(fā)射兩種頻率的載波信號(hào)，即頻率為1575.42MHz的L1載波和頻率為1227.60MHz的L2載波，它們的頻率分別是基本頻率10.23MHz的154倍和120倍，它們的波長(zhǎng)分別為19.03cm和24.42cm。在L1和L2上又分別調(diào)制著多種信號(hào)，這些信號(hào)主要有：C/A碼，又被稱為粗捕獲碼；P碼，又被稱為精捕獲碼。

1.3 GSM/GPRS模塊

GSM（Global System For Mobile Communications）即全球移動(dòng)通信系統(tǒng)，是歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)組織ETSI制訂的一個(gè)數(shù)字移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的移動(dòng)電話標(biāo)準(zhǔn)。GSM與它以前的標(biāo)準(zhǔn)比較，最大的不同是它的信令和語(yǔ)音信道都是數(shù)字式的，因此GSM被看作是第二代（2G）移動(dòng)電話系統(tǒng)，已成為數(shù)字制式移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的主導(dǎo)技術(shù)。GSM的手機(jī)與模擬手機(jī)比較，多了一個(gè)用戶識(shí)別卡（SIM卡），沒(méi)有插入SIM卡的手機(jī)是不能夠接入網(wǎng)絡(luò)的。只有GSM網(wǎng)絡(luò)識(shí)別了用戶的身份，才可提供各種服務(wù)。GPRS（General Packet Radio Service）即通用分組無(wú)線服務(wù)技術(shù)，它是GSM移動(dòng)電話用戶可用的一種移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

GSM/GPRS模塊在單片機(jī)的控制下實(shí)現(xiàn)接收和發(fā)送短信的功能，單片機(jī)通過(guò)向GSM模塊發(fā)送握手指令，控制GSM模塊運(yùn)行。發(fā)送短信時(shí)將相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送到特定手機(jī)，通過(guò)特定手機(jī)能查看基于電子地圖的定位信息、接收被定位者所處環(huán)境的聲音和緊急呼救信息。

1.4 單片機(jī)控制電路

“佩戴式可定位收音機(jī)”選用廣泛應(yīng)用的高速、低功耗、超抗干擾的新一代51系列單片機(jī)，其內(nèi)部的可編程Flash程序存儲(chǔ)器有60k字節(jié)，它有兩個(gè)獨(dú)立的全雙工串行通信接口，可方便地實(shí)現(xiàn)單片機(jī)同時(shí)與GPS和GSM進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

單片機(jī)與GPS模塊的連接采用串口通訊的方式，模塊在上電后，會(huì)實(shí)時(shí)接收GPS數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包的類型有：GPCSV：可見(jiàn)衛(wèi)星信息；GPGLL：地理定位信息；GPRMC：推薦最小定位信息；GPVTG：地面速度信息；GPGGA：GPS定位信息；GPGSA：當(dāng)前衛(wèi)星信息等，設(shè)計(jì)中，只對(duì)GPPMC型數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析，數(shù)據(jù)包的內(nèi)容為：時(shí)間、定位狀態(tài)、緯度、緯度半球N（北半球）或S（南半球）、經(jīng)度、經(jīng)度半球E（東經(jīng)）或W（西經(jīng)）、地面速率、地面航向、日期、磁偏角、磁偏角方向E（東）或W（西）、模式指示。

單片機(jī)與GSM/GPRS的連接也采用串口通訊的方式，當(dāng)需要發(fā)送短消息時(shí)，就按順序發(fā)送指令和數(shù)據(jù)，將信息發(fā)送給特定的手機(jī)。

單片機(jī)程序主要包括兩部分，一是實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)GPS信號(hào)的采集、解析等以及通過(guò)GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)向用戶發(fā)送定位信息等，是單片機(jī)程序的重點(diǎn)；二是實(shí)現(xiàn)對(duì)GSM信號(hào)的接收與分析。

2 應(yīng)用范圍

國(guó)內(nèi)外有許多不同款式的收音機(jī)和定位工具，但沒(méi)有一款合二為一的“可定位收音機(jī)”?！芭宕魇娇啥ㄎ皇找魴C(jī)”可戴在頭上、脖子上或手腕上，方便收聽(tīng)廣播和實(shí)時(shí)定位。

“佩戴式可定位收音機(jī)”突出了“可定位”與“可收音”二者完美結(jié)合的優(yōu)勢(shì)。在擁有FM收音機(jī)功能的同時(shí)能夠?qū)崟r(shí)了解佩戴人的具體位置信息。讓人們享受收聽(tīng)廣播的同時(shí)，幫助他們及時(shí)準(zhǔn)確定位?！芭宕魇娇啥ㄎ皇找魴C(jī)”小巧、輕便、精確、實(shí)用、安全。

“佩戴式可定位收音機(jī)”適合于各個(gè)年齡層次的不同人群，在佩戴一個(gè)時(shí)尚又實(shí)用的配件的同時(shí)還可以隨時(shí)收聽(tīng)無(wú)線廣播。并且它的定位功能也適合各類人群，例如老人、孩子、情侶或特殊人群等，方便他們的家人及時(shí)找到他們，確保了他們的安全。特別是走失率極高的老人、孩子，外出時(shí)使用“佩戴式可定位收音機(jī)”就能讓他們的家人消除后顧之憂。

（1）防止孩子走失：年幼的孩子特別是上學(xué)回家的孩子是家長(zhǎng)最不放心的，尤其是過(guò)了放學(xué)時(shí)間又聯(lián)系不到時(shí)更會(huì)焦急萬(wàn)分。有了“佩戴式可定位收音機(jī)”，家長(zhǎng)就能隨時(shí)了解外出孩子所在的位置，如果孩子遇到緊急情況時(shí)只要按下“呼救”按鍵就能和家長(zhǎng)進(jìn)行通話，而且只能撥打家長(zhǎng)電話、不能撥打其他電話，避免了孩子用作為玩具影響學(xué)習(xí)。

（2）防止老人走失：老人特別是高齡老人、智障老人走失時(shí)比孩子更麻煩，他們記不住回家的路和家庭住址、也說(shuō)不出家人的電話號(hào)碼?！芭宕魇娇啥ㄎ皇找魴C(jī)”可使家人能隨時(shí)了解他們外出時(shí)的行走路線和位置，即使走失也能快速找到他們。

此外，將“佩戴式可定位收音機(jī)”中的可定位模塊取出來(lái)，還可用于其它方面，如防止寵物丟失、防止私家轎車被盜、防止汽車租賃公司車輛被騙、防止長(zhǎng)途汽車貨車或者輪船遭遇風(fēng)險(xiǎn)等等。

（1）防止寵物丟失：養(yǎng)寵物已成為很多人的生活習(xí)慣，有的寵物價(jià)值不菲，有的寵物與主人感情很深，防止寵物丟失是寵物主人必須面對(duì)的問(wèn)題，只要做一個(gè)項(xiàng)圈固定好“可定位模塊”就能迎刃而解了。

（2）防止私家轎車被盜：現(xiàn)代生活水平提高了，高檔私家車也越來(lái)越多，但停車難的問(wèn)題也越來(lái)越突出，被盜現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。將“可定位模塊”藏在車內(nèi)隱蔽部位，如果被盜，車主能及時(shí)了解車輛去向，方便警察破案。

（3）防止汽車租賃公司車輛被騙：汽車租賃行業(yè)最大的風(fēng)險(xiǎn)之一是被騙，因?yàn)閮r(jià)值不菲，所以一旦被騙會(huì)使汽車租賃公司損失慘重?！翱啥ㄎ荒K”能使汽車租賃公司及時(shí)了解出租汽車的動(dòng)向，在可能受騙的情況下及時(shí)找到汽車，減小損失。

（4）防止長(zhǎng)途車（船）遭遇風(fēng)險(xiǎn)：長(zhǎng)途運(yùn)輸存在很多風(fēng)險(xiǎn)，“可定位模塊”能使車（船）主及時(shí)了解車（船）位置和安全情況。

3 結(jié)束語(yǔ)

“佩戴式可定位收音機(jī)”既能將FM收音功能和GPS定位功能融于一體，也能分開獨(dú)立使用，為人類及其寵物活動(dòng)提供了安全保障，可規(guī)避私家轎車、租賃車輛、長(zhǎng)途汽車貨車或者輪船等遭遇各種風(fēng)險(xiǎn)，新穎、實(shí)用、方便。

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[3]袁衛(wèi).基于GPS和GSM的車輛自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)[J].山西電子技術(shù)，2011（04）.

作者簡(jiǎn)介：段永良，男，副教授，高級(jí)工程師，研究方向：廣播電視工程；周洪萍，女，講師，研究方向：廣播電視工程；鄭嘉蕓，女，本科在讀，研究方向：廣播電視工程；董鳳竹，女，本科在讀，研究方向：通信工程；宋祺，男，本科在讀，研究方向：廣播電視工程；劉好好，女，本科在讀，研究方向：廣播電視工程。

作者單位：中國(guó)傳媒大學(xué)南廣學(xué)院，南京 211172

基金項(xiàng)目：2013年江蘇省大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：201313687008Y）。