基于STM32的位置定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

范兵兵 艾信友 曾研 胡凱旋 任澤明

摘 要：文章設(shè)計(jì)了基于STM32和SIM卡基站定位的位置定位系統(tǒng)。首先，在開(kāi)機(jī)后，使用者需要向SIM900A模塊的SIM卡發(fā)送短信，該短信的內(nèi)容為使用者的手機(jī)號(hào)碼。STM32單片機(jī)接收各傳感器采集的數(shù)據(jù)并處理分析后，通過(guò)SIM900A短信、GSM、GPRS模塊將位置信息以短信的方式發(fā)送到手機(jī)，同時(shí)操作者通過(guò)手機(jī)瀏覽器瀏覽http：//gpsspg.com/bs.htm網(wǎng)站查詢基站定位所獲得位置的地圖，從而知道具體位置。

關(guān)鍵詞：SIM900A；基站定位；STM32F407；定位系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TN967.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）12-0090-02

Abstract： A position location system based on STM32 and SIM card is designed in this paper. First， after the boot， the user needs to send a short message to the SIM card of the SIM900A module， the content of which is the mobile phone number of the user. After receiving and analyzing the data collected by each sensor， STM32 microcontroller sends the position information to the mobile phone by SMS， GSM and GPRS module. At the same time， the operator browses the http：//gpsspg.com/bs.htm website through the mobile phone browser to query the map of the location of the base station， so as to know the specific location.

Keywords： SIM900A； base station positioning； STM32F407； positioning system

引言

隨著社會(huì)老齡化越來(lái)越嚴(yán)重，越來(lái)越多的老人患老年癡呆癥，越來(lái)越多的老人走丟，而老人的子女等監(jiān)護(hù)人沒(méi)有那么多的時(shí)間照看老人；而市面上的老人防走丟的定位系統(tǒng)售價(jià)很高。為了防止老人走丟和一定程度上解放老人的子女等監(jiān)護(hù)人，讓更多的普通家庭也能享受到科技進(jìn)步帶來(lái)的福利，設(shè)計(jì)出一個(gè)穩(wěn)定、安全、可靠實(shí)用、便攜、便宜的定位系統(tǒng)就具有很高的實(shí)用價(jià)值。

1 系統(tǒng)概述

該系統(tǒng)以STM32F407微控制器為核心，SIM900A為定位數(shù)據(jù)的采集端和信息發(fā)送端，Android手機(jī)為顯示終端?？傮w設(shè)計(jì)如圖1所示。

2 原理

2.1 基站定位原理

基站定位的原理為：不同基站測(cè)量移動(dòng)電話的下行導(dǎo)頻信號(hào)，得到不同基站下行導(dǎo)頻的到達(dá)時(shí)刻或到達(dá)時(shí)間差，根據(jù)該測(cè)量結(jié)果和不同基站的坐標(biāo)，采用相應(yīng)的三角公式估計(jì)算法，就能夠計(jì)算出移動(dòng)電話的大致位置。實(shí)際的位置估計(jì)算法需要考慮多基站（3個(gè)或3個(gè)以上）定位的情況，因此算法相對(duì)復(fù)雜。根據(jù)原理，參與測(cè)量的基站數(shù)目越多，測(cè)量所得位置精度越高，定位性能改善越明顯。而在城市之中，通信基站較多，可以確?；径ㄎ痪仍?0米左右。

本文是實(shí)現(xiàn)患有老年癡呆癥的老人的位置定位，由于老人處在相對(duì)安全的城市中，不需要位置精確到米，符合需求。由于基站定位已經(jīng)由運(yùn)營(yíng)商實(shí)現(xiàn)，本文任務(wù)就是獲得運(yùn)營(yíng)商測(cè)得位置，相對(duì)而言較為簡(jiǎn)單，所以本系統(tǒng)采用基站定位。

2.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理

SIM900A模塊獲取SIM卡的基站位置信息，然后在STM32F407微控制器的控制下，將位置信息發(fā)送到手機(jī)端。

3 硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要包括STM32F407微控制器模塊、電源模塊、SIM手機(jī)卡的SIM900A模塊。

3.1 微控制器模塊

微控制器模塊采用以意法半導(dǎo)體公司的 STM32 F407為核心的單片機(jī)最小系統(tǒng)，以接收SIM900A模塊采集的位置信息和其它數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理和發(fā)送。

3.2 電源模塊

該系統(tǒng)電源采用專用電源的方式，用紐扣電池經(jīng)過(guò)AMS1117穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓后的電壓，為不同對(duì)象模塊提供相匹配的電源。

3.3 傳感器模塊

該系統(tǒng)信息采集部分只含有SIM900A模塊。插入SIM手機(jī)卡后，在SIM卡連接到網(wǎng)絡(luò)后，SIM900A模塊可以通過(guò)基站定位方式得到得該SIM卡的位置數(shù)據(jù)，然后將位置數(shù)據(jù)以SPI串口傳輸方式傳輸?shù)絊TM32F407單片機(jī)，在經(jīng)過(guò)STM32F407單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理后，再通過(guò)短信的方式將該SIM卡位置的國(guó)家代碼、運(yùn)營(yíng)商代碼、位置區(qū)號(hào)碼、當(dāng)前服務(wù)區(qū)號(hào)等信息發(fā)送到手機(jī)。

SIM900A模塊：

SIM900A是可以通過(guò)插入SIM卡實(shí)現(xiàn)手機(jī)功能的產(chǎn)品。它屬于雙頻的GSM/GPRS模塊，采用的是普遍的SMT封裝形式，其性能穩(wěn)定，外觀小巧，性價(jià)比高，能滿足本系統(tǒng)對(duì)于與手機(jī)通信的各種需求。

另外，SIM900A的封裝尺寸的大小為24×24×3mm，體積相對(duì)較小，可以符合本系統(tǒng)中關(guān)于便攜式的要求。SIM900A可以通過(guò)AT控制指令以SPI串口通信方式進(jìn)行控制。

4 軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)軟件部分采用的編程語(yǔ)言為C 語(yǔ)言。首先，對(duì)進(jìn)行SIM900A模塊進(jìn)行初始化，檢測(cè)SIM卡是否存在，檢測(cè)到存在后通過(guò)AT指令獲得初始地址信息。然后，等待手機(jī)向SIM卡發(fā)送號(hào)碼的短信，在發(fā)送短信后，STM32單片機(jī)對(duì)SIM900A模塊發(fā)出指令，采集SIM卡的位置數(shù)據(jù)，在SIM900A模塊將采集到位置數(shù)據(jù)傳輸?shù)絊TM32單片機(jī)后，對(duì)位置信息進(jìn)行判斷，當(dāng)前的位置數(shù)據(jù)與前一次正確的位置數(shù)據(jù)不同，確實(shí)發(fā)生改變時(shí)（連續(xù)進(jìn)行三次相同判斷，防止出現(xiàn)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)）。將改變后的數(shù)據(jù)通過(guò)短信發(fā)送到手機(jī)上，然后手機(jī)通過(guò)瀏覽器查詢定位位置。

4.1 系統(tǒng)主程序流程圖（見(jiàn)圖2）

4.2 數(shù)據(jù)處理

因?yàn)閭鞲衅髟诠ぷ鞴こ讨写嬖诓豢上母蓴_，所以在本系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤的位置信息，而且，老人行動(dòng)緩慢，在正常情況下SIM卡不可能出現(xiàn)快速位置變化，所以，在確定位置區(qū)號(hào)和服務(wù)區(qū)號(hào)是否改變時(shí)，需要進(jìn)行三次位置信息的判斷。

只有經(jīng)過(guò)三次判斷后符合條件，確實(shí)出現(xiàn)位置改變時(shí)，STM32F407微控制器才通過(guò)SIM900A模塊向手機(jī)發(fā)送改變后的位置信息的短信，否則舍棄本次錯(cuò)誤數(shù)據(jù)繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)下次的位置數(shù)據(jù)，重復(fù)此過(guò)程。

5 結(jié)束語(yǔ)

該系統(tǒng)在實(shí)際的聯(lián)調(diào)中，軟件和硬件運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了對(duì)老人位置的有效定位和發(fā)送短信，符合預(yù)期的設(shè)計(jì)目的。在實(shí)際應(yīng)用中，該系統(tǒng)具有價(jià)格低廉、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)單、便攜的特點(diǎn)，適合普通家庭和老人消費(fèi)，具有應(yīng)用價(jià)值。

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