基于STM32的智能出游助手設(shè)計(jì)

張志遠(yuǎn)

摘要：隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷取得新的進(jìn)展，旅游業(yè)也向著智慧旅游方向邁進(jìn)，但因遇險(xiǎn)而造成的旅行事故卻時(shí)有發(fā)生。通過結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、云服務(wù)等先進(jìn)技術(shù)，提出了一款能夠在無信號(hào)條件下實(shí)現(xiàn) “一鍵呼救”功能的智能出游助手，它能夠?qū)⒂鲭U(xiǎn)人員的位置信息通過中繼通信的方式準(zhǔn)確的發(fā)送給救援人員。為發(fā)生旅行事故時(shí)實(shí)現(xiàn)快速救援提供了新的解決方案。同時(shí)，智能出游助手會(huì)將出行期間所收集的數(shù)據(jù)上傳至云平臺(tái)，并使用獨(dú)有的通信協(xié)議，保證用戶數(shù)據(jù)安全可靠的同時(shí)，方便后期拓展維護(hù)。

1引言

根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù) 近年來 中國國內(nèi)旅游市場的游客數(shù)量保持了穩(wěn)定的增長趨勢 增長率超過了10%。2017年 國內(nèi)旅游市場游客數(shù)量達(dá)到50億人次（如圖1.1所示）。目前我國步入大眾旅游時(shí)代，旅游休閑已成為百姓的生活常態(tài)。然而因旅游出行遇險(xiǎn)所導(dǎo)致的人員傷亡也在逐年上升。根據(jù)國家旅游局的統(tǒng)計(jì)，僅在2017年 就有182名中國公民在旅游遇險(xiǎn)中因救援不及時(shí)而喪生。

如今，物聯(lián)網(wǎng)是信息科技產(chǎn)業(yè)的第三次革命，許多公司把電子產(chǎn)品和互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合。在旅游中利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及時(shí)發(fā)現(xiàn)旅行中可能發(fā)生的危險(xiǎn)，并在遇險(xiǎn)時(shí)能夠快速將遇險(xiǎn)位置發(fā)送給救援人員，為救援爭取時(shí)間。這將成為一種新的趨勢，為人們的生命安全保駕護(hù)航。

2總體設(shè)計(jì)方案

如圖1所示智能出游助手分為便攜終端，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和用戶網(wǎng)站三大部分。具有多?；旌细呔榷ㄎ?、高精度溫濕度測量、OLED背光顯示、4G網(wǎng)絡(luò)通信等功能。特別的，便攜式終端還具備中繼通信和野外自組網(wǎng)的能力，在無電信運(yùn)營商信號(hào)的情況下通過自組網(wǎng)的接續(xù)功能實(shí)現(xiàn)野外求救。一旦使用者遇到緊急情況，就可以通過這個(gè)網(wǎng)絡(luò)向其他使用者呼救，同時(shí)將自己所處位置發(fā)送給其他使用者，其他用戶的設(shè)備也將作為中繼的一環(huán)，將求救信號(hào)不斷向外傳遞直至后方的救援隊(duì)。救援隊(duì)也能根據(jù)求救者所處位置，合理制定救援方案，盡快將被困人員營救出來。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器承擔(dān)接收存儲(chǔ)便攜終端數(shù)據(jù)的任務(wù)，以便網(wǎng)站讀取應(yīng)用。用戶網(wǎng)站則能夠?qū)崿F(xiàn)注冊登錄，并查看自己出行的歷史數(shù)據(jù)。

3硬件電路設(shè)計(jì)

主控芯片為STM32F103C8T6，由STMicroelectronics公司生產(chǎn)，是基于ARM Cortex-M核STM32系列的32位微控制器。溫濕度傳感器選用優(yōu)質(zhì)的Si7021。該傳感器具有高可靠性和長期穩(wěn)定性。傳感器內(nèi)置濕度（濕敏電容）和溫度（熱敏電阻）傳感器元件以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它集成了信號(hào)處理和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。并使用I2C接口與主機(jī)通信。保證穩(wěn)定、準(zhǔn)確的同時(shí)，又方便了開發(fā)和使用。定位芯片選用杭州中科微電子有限公司的AT6558芯片。AT6558是六合一多模衛(wèi)星導(dǎo)航定位芯片 包括32個(gè)跟蹤信道 可同時(shí)接收6個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的GNSS信號(hào) 實(shí)現(xiàn)聯(lián)合定位、導(dǎo)航和定時(shí)。而以AT6558為基礎(chǔ)研發(fā)的ATGM336H-5N模塊則集成了32位的RISC CPU，射頻前端，數(shù)字基帶處理器。并擁有電源管理功能。具有高靈敏度、低功耗、低成本等優(yōu)勢。非常適合野外環(huán)境的位置定位。智能出游助手野外求救功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵就是使用了具有中繼通信能力的LoRa。E22-400T22S它是一個(gè)基于SEMTECH SX1268射頻芯片的無線串口模塊。它使用了新一代的LoRa擴(kuò)頻技術(shù)。與SX1278相比，通信距離更長，功耗更低，體積更小。具有空中喚醒、無線配置、載波監(jiān)控、中繼組網(wǎng)等功能。非常適合用于野外無電信信號(hào)條件下的無線通信。

4軟件設(shè)計(jì)

單片機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)的功能有GM3 4G通信，LoRa通信，OLED屏顯示控制，I2C數(shù)據(jù)讀取，蜂鳴器控制以及指令處理和反饋等。單片機(jī)程序分為初始化程序、處理程序和主程序。初始化程序包括pin初始化、串口初始化、定時(shí)器初始化、延時(shí)初始化、看門狗初始化、OLED初始化和I2C初始化。處理程序則包含GPS協(xié)議處理程序、Si7021處理程序、OLED顯示程序和定時(shí)器中斷處理程序。以主程序?yàn)槔?，介紹系統(tǒng)流程圖。

如圖2所示，單片機(jī)通電后，首先執(zhí)行初始化程序，確定單片機(jī)引腳的工作方式、串行通信參數(shù)，模擬I2C、OLED屏等進(jìn)行初始化設(shè)置。單片機(jī)進(jìn)入主程序后，首先完成初始化，之后進(jìn)入主循環(huán)單片機(jī)不斷對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理打包，并通過GM3發(fā)送到服務(wù)器。同時(shí)，單片機(jī)還在不斷響應(yīng)定時(shí)中斷，以檢測是否有求救信號(hào)。一旦檢測到有求救信號(hào)，立刻會(huì)將收到的求救位置顯示在OLED屏上。如果檢測到有按下求救鍵，單片機(jī)會(huì)將當(dāng)前的位置坐標(biāo)通過LoRa發(fā)送出去，其他設(shè)備接收到求救信號(hào)后同樣也會(huì)把這個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)出去直至救援人員接收到信號(hào)為止。

單片機(jī)進(jìn)入主循環(huán)后，將子程序處理好的數(shù)據(jù)打包后，判斷能否和服務(wù)器進(jìn)行通信。若可以就將數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給GM3。GM3按照TCP/IP協(xié)議打包后發(fā)送給服務(wù)器。服務(wù)器再對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行解包等后續(xù)處理。

5結(jié)論

論文選取了野外遇險(xiǎn)情況下如何快速救援作為應(yīng)用背景，研究了如何克服野外無信號(hào)條件下，遠(yuǎn)距離無線通信的實(shí)現(xiàn)方法。本文提出了智能出游助手的設(shè)計(jì)架構(gòu)，分別論述制作了智能出游助手的三大組成部分，便攜式終端、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和用戶服務(wù)網(wǎng)站的設(shè)計(jì)搭建方法。并利用GPS全球定位技術(shù)和Lora無線通信技術(shù)，很好的解決了對(duì)野外無信號(hào)情況下，遇險(xiǎn)人員位置定位和呼救的難題。并在此基礎(chǔ)上加入了周邊環(huán)境感知功能，可以提醒使用者及時(shí)關(guān)注自身所處的環(huán)境變化，盡早采取措施，將影響降至最低。

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