盛群杯創(chuàng)意書,殘障老人失蹤定位解救裝置設計,

1、2013年重慶地區(qū)第六屆“盛群杯”大學生單片機應用設計競賽作品創(chuàng)意書基于盛群單片機的防殘障老人走失的安全追蹤系統(tǒng)重慶郵電大學通信與信息工程學院指導老師:參賽同學:公元 2013 年 12 月 20 日一、 摘要我國逐步邁入老齡化社會，老人的出行安全越來越牽動著廣大兒女的心。我們針對殘障老人出行的問題，設計了一款定位追蹤裝置。該裝置采用HT66芯片為核心，結(jié)合GPS定位技術(shù)和GPRS數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，能夠準確及時定位出行老人的地理位置，且能顯示在百度地圖上，提供良好的界面。在老人處于安全范圍之外時能夠自動發(fā)送位置信息通知家人，家人也可以主動發(fā)送信息獲取老人的位置，避免老人因為意外情況走丟失去聯(lián)系。本

2、文將介紹該防殘障老人走失裝置的工作原理、作品結(jié)構(gòu)、作品特色以及市場前景等相關(guān)信息，旨在明確闡述本作品的設計意圖及創(chuàng)作方向。二、 作品介紹隨著我們國家老齡化進程加快，老齡人口占的比重也高居不下，而且老齡人走丟的事件也隨之上升，那么有效的減小老年人走丟的概率，保障他們的出行安全成為了迫在眉睫的事情，對此我們設計一種基于盛群單片機的防殘障老人走丟，保障他們安全的定位裝置，當老人攜帶此裝置，可以根據(jù)3顆以上的衛(wèi)星來精確定位，通過GPRS模塊完成用戶之間的通信。本作品采用盛群HT66單片機為主控制器，用GPS模塊（TU-30GPS模塊）、GPRS模塊（華為EM310）、電量顯示顯示模塊等完成一下功能：1

3、.通過GPS模塊可以實時獲取老人的地理位置信息，并且通過HT66的數(shù)據(jù)處理上傳至服務器。2.用戶通過訪問服務器，可以顯示老人的通過手機實時監(jiān)測老人的位置，使用戶能及時查看老人的地理信息，包括運動方向、經(jīng)緯度、離家距離等。通過初始化，GPS搜索并保存用戶設定的原始位置（通常是家里），作為離家距離的參考對比數(shù)據(jù)。3.當老人的活動超出某一既定的范圍值時通過GPRS模塊自動返回信息到用戶手機上，達到一個預警性的作用。4.電量顯示模塊，并且可以在電量低是進入休眠模式，在工作時也是間斷性休眠已達到低功耗的功能。5.具有一鍵求助功能，當老人發(fā)現(xiàn)身處陌生環(huán)境或者其他緊急情況是時可以一鍵發(fā)送當前位置和求助信息到

4、指定手機。以下為部分模塊或電路的選擇：1系統(tǒng)供電電源選擇。采用開關(guān)穩(wěn)壓電源芯片LM2596，其輸入電壓范圍為6V-30V，輸出電壓可調(diào)范圍為1.23-20V，輸出電流可達3A。2控制器的選擇。采用盛群HT66控制器，片上模擬功能的最低工作電源電壓為1.8V。數(shù)字功能的最低工作電源電壓為1.65V ，在電池電壓降低時，可以延長電池供電設備的工作時間。3定位裝置GPS選擇，采用TU-30GPS模塊，這類接收機一般采用C/A碼偽距測量，應用廣泛，價格便宜，適合系統(tǒng)設計。4.通訊裝置GPRS的選擇，采用華為EM310模塊?？梢钥焖侔踩煽康貙崿F(xiàn)系統(tǒng)方案的數(shù)據(jù)，語音傳輸，短消息服務和傳真。三、 工作原理

5、GPS數(shù)據(jù)定時輸入GPRS網(wǎng)絡單片機EM310SIM卡電源目前國內(nèi)開始使用的GPRS模塊有很多。我們采用華為EM310模塊：設備可以直接客戶的串口/USB設備相連；設備支持雙數(shù)據(jù)中心備份，以及多數(shù)據(jù)中心同步接收數(shù)據(jù)等功能；設備提供在線維持技術(shù)，保持數(shù)據(jù)終端永久在線，保存數(shù)據(jù)鏈路任何時候暢通，實現(xiàn)高速、穩(wěn)定、可靠的TCP/UDP透明數(shù)據(jù)傳輸功能。正對對網(wǎng)絡流量和產(chǎn)品功耗比較敏感的客戶，本產(chǎn)品支持語音、短信、數(shù)據(jù)觸發(fā)上線以及超時自動斷線的功能，降低流量降低產(chǎn)品功耗，實現(xiàn)低功耗功能。圖二為單片機與EM310模塊，GPS數(shù)據(jù)服務器之間的通信。圖二各模塊的通信當單片機收到GPS的位置數(shù)據(jù)并上傳至服務器后

6、，通過百度地圖的Geocoding API 將坐標轉(zhuǎn)換為位置，利用移動飛信的api將位置信息以及提示信息發(fā)送到用戶手機上。用戶也可以通過訪問。以百度地圖網(wǎng)頁的形式顯示老人的地理信息，包括運動方向、經(jīng)緯度、離家距離等，見軟件部分流程圖。EM310的各個主要的接口及其接口特性與使用GPRS:EMS 310模塊AudioUARTUSB調(diào)試SPI圖三EM310的主要接口UART接口：此接口用于與外界的串口同信，僅支持1.8V的輸入和輸出。支持可編程的數(shù)據(jù)寬度，數(shù)據(jù)停止位和可編程的奇偶校驗。AUDIO 接口：EM310提供兩路的音頻輸入和輸出，兩路信號均為差分信號。電源接口:外部提供4.0V的電壓（典型

7、值），電源的電壓值為3.3到4.8之間。USB總線：此接口主要用于調(diào)試時使用，一般接5V電壓。GPS模塊GPS是“全球定位系統(tǒng)”（Global Positioning System）的簡稱，用于接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)并實時處理和傳輸定位信息。GPS模塊常用的基本引線有三條，分別為電源（VCC）、地（GND）、和信號線（TXD）。模塊通電后（即接上VCC和GND后），模塊的TXD引腳自動輸出從衛(wèi)星傳送來的定位信號，該信號每秒鐘輸出一幀（TTL電平，信號名為NMEA0183碼或二進制碼兩種），信號的波特率通常選用4800bps。GPS模塊TXD引腳發(fā)出的TTL電平可以直接被單片機的串行口或I/O線接收，經(jīng)過

8、編寫的“接收程序”接收后，可以在各種場合使用。目前市場上有多種GPS模塊，在本系統(tǒng)中，我們選用美國羅克韋爾公司生產(chǎn)的TU-30模塊。其優(yōu)點是體積小，接口簡單、可靠性好。模塊的組織結(jié)構(gòu)是一個用于接收信號的單片機小系統(tǒng)。信號接收部分由自行設計開發(fā)的芯片及其外圍電路組成。其控制內(nèi)核是一個處理器，該處理器具有很強的數(shù)據(jù)運算處理能力，并有兩個串口和時鐘輸出；外圍電路有實時時鐘，并帶有（保存重要參數(shù)）、等存儲器，可對相關(guān)重要信息數(shù)據(jù)進行存儲、交換；此外，還留有接口。該模塊的衛(wèi)星采集啟動方式分為種模式：熱啟動方式、初始啟動方式、冷啟動方式、凍結(jié)啟動方式。TU-30模塊有20Pin應用接口，可方便地與單片機、

9、PC機進行接口。如表一所示：模塊的應用關(guān)鍵在于串口通信協(xié)議的制定，也就是模塊的相關(guān)輸入輸出協(xié)議格式。它主要包括數(shù)據(jù)類型與信息格式，其中數(shù)據(jù)類型主要有二進制信息和全國海洋電子學會數(shù)據(jù)信息。這兩類信息可以通過串口與接收機進行通信。在與單片機連接時，通常將TU-30模塊的串口1與單片機的串口相連，單片機接收來自GPS模塊的定位數(shù)據(jù)并解析上傳至服務器。實際電路中可選用前置放大裝置，將GPS信號電流予以放大，便于單片機處理。具體示意圖如下：3. 電量檢測模塊：通過ht系列單片機先由電量傳感器采取數(shù)據(jù)收集，啟動自帶的ADC模塊，然后將數(shù)據(jù)讀入單片機通過C語言編程進行運算并顯示，可以檢查電量，即由數(shù)據(jù)采集，

10、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)處理三部分完成。具體流程如下圖：四、 功能、特色本作品采用盛群HT66單片機為主控制器，用GPS模塊、GPRS模塊、電管理模塊等完成一下功能：1.通過GPS模塊可以實時獲取老人的地理位置信息，并且通過HT66的數(shù)據(jù)處理上傳至服務器。2. 當單片機收到GPS的位置數(shù)據(jù)并上傳至服務器后，通過百度地圖的Geocoding API 將坐標轉(zhuǎn)換為位置，利用移動飛信的api將位置信息以及提示信息發(fā)送到用戶手機上。用戶也可以通過訪問。以百度地圖網(wǎng)頁的形式顯示老人的地理信息，包括運動方向、經(jīng)緯度、離家距離等。通過初始化，GPS搜索并保存用戶設定的原始位置（通常是家里），作為離家距離的參考對比數(shù)據(jù)

11、。3.當老人的活動超出某一既定的范圍值時通過GPRS模塊自動返回信息到用戶手機上，達到一個預警性的作用。4.電量顯示模塊，并且可以在電量低是進入休眠模式，在工作時也是間斷性休眠已達到低功耗的功能。5.具有一鍵求助功能，當老人發(fā)現(xiàn)身處陌生環(huán)境或者其他緊急情況是時可以一鍵發(fā)送當前位置和求助信息到指定手機。作品具有以下特色：1.采用GPS定位技術(shù)，位置定位更加準確，GPS定時接收數(shù)據(jù)，達到降低功耗的目的，在電量過低時且可以自動休眠。2.GPRS模塊保證了信息傳輸?shù)母咝?、及時、安全。3.該裝置不僅僅可以定位當前位置，還可以在服務器上記錄儲存過去一段時間內(nèi)老人所走過的地點并繪制成路線圖，告知家人具體的方

12、向和路經(jīng)的場所，并且與用戶可以以地圖的方式訪問查看，更直觀。4.裝置能夠?qū)崟r定位老人當前位置，并與設定的安全范圍進行比對處理，自動檢測其安全性。如果超出預定范圍便馬上發(fā)送信息通知家人。信息反饋十分及時，非常實用。5.家人在需要時也可以人工發(fā)送信息，主動獲取老人的地理位置信息。符合實際生活要求，更易被市場接受。7.裝置體積適中，更方便老人攜帶；采用低功耗設計，更節(jié)能環(huán)保，一次使用時間更長。五、 作品結(jié)構(gòu)1.硬件部分本裝置的總體設計圖見圖七，改裝置實現(xiàn)了盛群HT66與GPS、GPRS等模塊的完美融合，HT66的快速處理以及低功耗的完美優(yōu)勢對這款裝置來說將是錦上添花，GPS、GPRS的巧妙融合將給我

13、們生活的很多領域帶來更多的方便。信息顯示信息傳輸GPS數(shù)據(jù)讀取控制器模塊盛群單片機HT66運算器模塊用戶控制、接收端圖七2.軟件部分首先我們在單片機的程序中會寫入一些特殊的命令來進行系統(tǒng)的初始化：1.用戶發(fā)送規(guī)定格式的命令道指定的號碼，設定好手機號碼2.發(fā)送規(guī)定格式命令設定安全坐標以及安全半徑。3.當單片機檢測到已經(jīng)離開安全范圍，會向指定手機發(fā)送提醒短信以及位置坐標。4.當指定手機發(fā)送規(guī)定格式指令到單片機，單片機反饋地理位置信息到該手機。5.當老人按下求助按鈕，單片機向指定用戶號碼發(fā)送求助信息以及位置信息。圖八 用戶初始化設定圖九 用戶獲取老服務器部分：1. 實時接收單片機提供的位置信息，并按照時間保存在服務器中。2. 實時接收用戶發(fā)出的短信命令，并做相應的處理。3. 當服務器10分鐘內(nèi)沒有收到單片機的任何數(shù)據(jù)時，將相關(guān)提示信息和最后位置發(fā)到用戶手機處理：1 當服務器收到單片機的位置數(shù)據(jù)后，和用戶設置的安全范圍做對比計算，若收到的位置在安全范圍以外，通過百度地圖的Geocoding API 將坐標轉(zhuǎn)換為位置，利用移動飛信的api將位置信息以及提示信息發(fā)送到用戶手機上。2 當服務器收到用戶發(fā)送的獲取位置指