基于GPS和GSM的兒童防走失單片機(jī)定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

程勝　蔣純　李德志　彭霞

【摘 要】鑒于傳統(tǒng)兒童防走失系統(tǒng)使用的局限性，設(shè)計(jì)一種利用單片機(jī)控制、 GPS定位和GSM通信等技術(shù)的兒童防走失系統(tǒng)。設(shè)計(jì)采用AT89S51單片機(jī)作為核心控制中心，利用GPS進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，GSM進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程查看位置，快速尋找丟失兒童的效果。

【關(guān)鍵詞】GSM；單片機(jī)；GPS接收模塊；1602液晶模塊

中圖分類號(hào)： TN929.5；P228.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）08-0076-002

Design of Positioning System for Children's Anti-lost Microcontroller Based on GPS and GSM

CHENG Sheng Chun LI De-zhi PENG Xia

（School of Electronic and Communication Engineering，Anhui Xinhua University，Hefei Anhui 230000，China）

【Abstract】In view of the limitations of traditional child anti-lost systems，a child anti-lost system using SCM control，GPS positioning and GSM communication is designed.The design adopts AT89S51 single-chip computer as the core control center，uses GPS to carry on real-time positioning，GSM carries on the wireless data transmission to realize the long-range view position，search for the result that loses the child quickly.

【Key words】GSM；SCM；GPS receiver module；1602 LCD module

0 引言

兒童安全問(wèn)題一直是一個(gè)社會(huì)層面的問(wèn)題，作為一個(gè)自我保護(hù)能力非常弱的群體，需要家長(zhǎng)和社會(huì)給予更多的保護(hù)。也急需從技術(shù)手段和設(shè)備等角度來(lái)保障兒童的安全。針對(duì)兒童安全問(wèn)題中的走失問(wèn)題，設(shè)計(jì)一款具有即時(shí)通訊，即時(shí)定位兒童位置的安全系統(tǒng)，以達(dá)到實(shí)時(shí)查詢兒童位置，同時(shí)在兒童走失時(shí)能夠快速尋找的目的。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 基于單片機(jī)的GPS硬件電路總體結(jié)構(gòu)

根據(jù)總體設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)模塊（AT89S51），GPS信號(hào)模塊、GSM通訊模塊（SIM900A）、液晶顯示模塊（LCD1602）。系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)框圖，如下所示。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件電路簡(jiǎn)介

2.1 單片機(jī)主控電路

在該設(shè)計(jì)中AT89S51單片機(jī)作為控制核心，主要用于接收GPS采集的時(shí)間和位置信息，并發(fā)送給液晶顯示模塊交替顯示時(shí)間和位置信息。當(dāng)單片機(jī)接收到GSM模塊獲取位置信息請(qǐng)求時(shí)，將實(shí)時(shí)位置信息發(fā)送給GSM模塊。

2.2 SIM900A GSM 通信模塊

GSM通信模塊主要通過(guò)串口與單片機(jī)進(jìn)行連接，從而單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)GSM通信模塊的控制。GSM通信模塊包含的串口提供了多條控制線，但在設(shè)計(jì)中僅僅使用數(shù)據(jù)信號(hào)線TXD和RXD。其中RXD數(shù)據(jù)接收信號(hào)線與單片機(jī)TXD即P3.1（串行數(shù)據(jù)輸出口）相接，用于接收來(lái)自單片機(jī)的數(shù)據(jù)。而TXD數(shù)據(jù)發(fā)送信號(hào)線與單片機(jī)RXD1即P3.0（串行數(shù)據(jù)輸入口）相接，用于向單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)接收到信息發(fā)送指令時(shí)向單片機(jī)發(fā)送獲取位置信息請(qǐng)求，獲取位置信息后發(fā)送到設(shè)定的移動(dòng)客戶終端。

2.3 VK2828U7G5LF GPS信號(hào)接收模塊電路

為了滿足實(shí)際生活中對(duì)定位防丟器體積小、可靠性高的要求。采用這款靈敏度高的微帶天線，且天線封裝在模塊內(nèi)部，更進(jìn)一步的提高了整個(gè)模塊的可靠性。使用該模塊采集實(shí)時(shí)經(jīng)緯度信息，并通過(guò)TXD口外接100歐電阻與P3.0即RXD（串行數(shù)據(jù)輸入口）連接，發(fā)送位置信息到單片機(jī)等待上傳。

接收頻段：L1 （1575.42MHz）

接收通道：56CH

S11 SWR：≤1.3 S22 SWR：≤1.3

S21 Log Mag ： ≥ 20.0dB S11 Smith ：50Ω±5%

定位性能：水平位置精度：<2.5m（Autonomous）50%<2m（SBAS）

（CEP， 50%， 24時(shí)靜態(tài)， 信號(hào)強(qiáng)度 -130 dBm， 大約6個(gè)可用衛(wèi)星）

授時(shí)精度：30us

定位更新速率：1Hz～10Hz（默認(rèn)1Hz）

2.4 1602液晶模塊

1602液晶顯示模塊主要用于顯示單片機(jī)發(fā)送的位置和時(shí)間信息。通過(guò)外接上拉電阻接入單片機(jī)的P0口，實(shí)現(xiàn)信息的獲取。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在硬件電路的基礎(chǔ)上，軟件的控制是系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的核心。該系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要由：51單片機(jī)控制中心程序、液晶顯示程序、GPS定位程序和GSM通信程序等組成。經(jīng)初始化后，通過(guò)單片機(jī)控制GPS采集位置信息，在判斷需要發(fā)送信息時(shí)通過(guò)GSM發(fā)送需要的信息，并通過(guò)液晶顯示屏顯示基本信息和接受到來(lái)自手機(jī)端的信息。

系統(tǒng)工作流程如下圖所示。

4 結(jié)論

本設(shè)計(jì)將GPS定位技術(shù)和GSM通信等技術(shù)應(yīng)用于防止兒童走失的問(wèn)題中。在現(xiàn)實(shí)生活中，該系統(tǒng)可以查詢兒童的實(shí)時(shí)位置，也可以進(jìn)行一部分信息的互動(dòng)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)兒童走失后，可以通過(guò)GSM通信技術(shù)將單片機(jī)獲取的經(jīng)緯度發(fā)送到手機(jī)端或指定的終端，從而達(dá)到快速獲取兒童位置，第一時(shí)間尋找到走失兒童的目的。并且具有體積小便于隱藏、低功耗、傳輸速率快，成本低等優(yōu)點(diǎn)，具有進(jìn)一步開(kāi)發(fā)的實(shí)際意義。