彭玲

摘要 中國每年有很多老年人外出迷路、走失，基于此，設(shè)計(jì)一種基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)（ Narrow Band Internet of Things，NB-IoT） 的老人防走失追蹤器，采用 NB-IoT 替代傳統(tǒng)的藍(lán)牙、WIFI、GPRS 等方式，具有功耗小、覆蓋廣、穿透強(qiáng)、信號(hào)好等優(yōu)點(diǎn);利用GPS定位技術(shù)實(shí)施精準(zhǔn)定位，同時(shí)還可檢測其身體健康狀況（如心率、體溫等）。利用 NB-IoT 與基站建立連接，將GPS輸出的定位信息通過NB-IoT傳輸至基站。用戶可通過手機(jī)app隨時(shí)查看老人的位置信息和健康狀況。

關(guān)鍵詞： NB-IoT; GPS定位技術(shù);手機(jī)app

1 背景

老人走失日益成為顯性問題，亟需解決。針對(duì)這類問題，市面上已出現(xiàn)的一些防丟裝置，多是采用藍(lán)牙、WIFI、GPRS 等方式進(jìn)行通信、定位，但存在一些弊端：如遇到地下車庫、偏遠(yuǎn)山區(qū)等信號(hào)較弱的地方，有效傳輸距離有限，裝置無法起作用[1]。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本文所設(shè)計(jì)的老人防走失智能追蹤器，采用 NB-IoT 進(jìn)行通信，利用GPS進(jìn)行定位，能夠準(zhǔn)確定位走失老人，實(shí)現(xiàn)快速定位，并將地理位置信息通過平臺(tái)發(fā)送給手機(jī)app，從手機(jī)app可以直觀地看出其位置，并且還可以記錄老人的行走軌跡。除此之外，該追蹤器還具有檢測環(huán)境溫度、濕度和老人身體健康狀態(tài)（如心率、體溫等）功能。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)利用NB-IOT技術(shù)，將各個(gè)傳感器獲取到的人體溫度、心率速度、周圍環(huán)境的溫度和濕度以及實(shí)時(shí)定位數(shù)據(jù)通過NB模塊上傳到附近的NB-IOT基站，再從基站上發(fā)到Ocean Connect平臺(tái)。手機(jī)APP可以從平臺(tái)獲取數(shù)據(jù)，選擇查看身體健康狀況和環(huán)境條件，還導(dǎo)入了百度地圖，可以從地圖上直觀地看到用戶的位置和行走過的歷史軌跡。

3硬件設(shè)計(jì)

3.1 STM32L476主芯片

本設(shè)計(jì)主芯片采用STM32L476，基于ARM? Cortex?-M4，具有FPU內(nèi)核。它們的工作頻率可達(dá)80 MHz，并實(shí)現(xiàn) 了在80 MHz頻率下具有100 DMIPS的性能，由于集成了ART Accelerator?，還同時(shí)能保持盡可能小的動(dòng)態(tài)功耗[2]。

3.2 NB-IOT模塊

本系統(tǒng)選用BC95的NB-IOT模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳和下發(fā)。BC95是一款高性能、低功耗的NB-IoT無線通信模塊[3]。其尺寸僅為19.9 &TImes; 23.6&TImes; 2.2mm，能最大限度地滿足終端設(shè)備對(duì)小尺寸模塊產(chǎn)品的需求，同時(shí)有效地幫助客戶減小產(chǎn)品尺寸并優(yōu)化產(chǎn)品成本[4]。

3.3 GPS模塊

GPS接收模塊的工作原理是它接收天線獲取的衛(wèi)星信號(hào)，經(jīng)過變頻、放大、濾波、相關(guān)、混頻等一系列處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)天線視界內(nèi)衛(wèi)星的跟蹤、鎖定和測量[5]。在獲取了衛(wèi)星的位置信息和測算出衛(wèi)星信號(hào)傳播時(shí)間之后，即可計(jì)算出天線位置。用戶通過輸入輸出接口，采用異步串行通信方式與GPS接收模塊進(jìn)行信息交換[6]。

3.4 MAX30102模塊

MAX30102是一個(gè)集成的脈搏血樣儀和心率監(jiān)測生物傳感器的模塊[7]。它集成了一個(gè)紅光LED和一個(gè)紅外光LED、光電檢測器、光器件，以及帶環(huán)境光抑制的噪聲電子電路[8]。本系統(tǒng)選用該模塊來測試心率，通過串口傳輸數(shù)據(jù)來檢測測試者的心率。

4程序設(shè)計(jì)

整體的系統(tǒng)在運(yùn)行前需要先初始化，然后開啟相應(yīng)的功能模塊，接著判斷是否有DMA接收，如果有則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后進(jìn)行NB發(fā)送反饋，若沒有則直接進(jìn)行NB發(fā)送。接著判斷是否有按鍵按下，若有則提取溫濕度和體溫?cái)?shù)據(jù)，接著判斷是否進(jìn)入停機(jī)模式和是否喚醒停機(jī)模式，如果喚醒了則判斷是否為RTC方式喚醒，若非此模式喚醒則返回到前幾個(gè)步驟;若是RTC喚醒則打開GPS定位和提取其他數(shù)據(jù)，最后判斷是否為有效值，進(jìn)行CoAP數(shù)據(jù)發(fā)送。

4.1 NB模塊程序設(shè)計(jì)

NB模塊首先初始化串口并打開DMA接收。 啟用BC95模塊后，啟動(dòng)檢測信號(hào)，然后根據(jù)COAP協(xié)議發(fā)送地址和上傳數(shù)據(jù)。

4.2心率模塊程序設(shè)計(jì)

心率模塊先初始化GPIO、IIC和心率傳感器，接著讀取IO口數(shù)據(jù)并按一定的算法進(jìn)行計(jì)算，然后判斷獲取的數(shù)據(jù)是否為有效值，若是即對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，若無效則重新讀取數(shù)據(jù)。

4.4 GPS信息獲取程序設(shè)計(jì)

GPS模塊先初始化串口和DMA配置，接著使能GPS，接收到經(jīng)緯度信息后判斷是否為有效值，如果為無效值則重新接收數(shù)據(jù)，如果為有效值則發(fā)送有效的定位信息。

5測試

STM32L476控制器通過NB-IoT進(jìn)行通信，并通過NB-IoT網(wǎng)絡(luò)將獲取的位置信息發(fā)送到附近的NB-IoT基站。 GPS定位模塊連接到控制器進(jìn)行系統(tǒng)定位，控制器向GPS定位模塊發(fā)送定位請求。 在接收到請求之后，GPS系統(tǒng)獲取當(dāng)前位置信息并將位置信息發(fā)送到控制器。 在NB-IoT通信下，控制器通過AT命令實(shí)時(shí)將當(dāng)前位置信息和老人的其他檢測數(shù)據(jù)發(fā)送到附近的NB-IoT基站，基站對(duì)該信息進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換， 將信息存儲(chǔ)在云平臺(tái)中，移動(dòng)APP可以獲取平臺(tái)的數(shù)據(jù)，以便您可以使用移動(dòng)APP了解老年人的位置和其他信息。

6總結(jié)

基于NB-IoT的老年人防走失追蹤器是一種全新的數(shù)據(jù)采集方式。該系統(tǒng)可以隨時(shí)收集用戶的生理數(shù)據(jù)，上傳到專有數(shù)據(jù)庫，并通過數(shù)據(jù)挖掘和一系列技術(shù)對(duì)其進(jìn)行分析，從而展示出用戶的身體健康數(shù)據(jù)。目前 NB-IoT 正在部署中，多家運(yùn)營商正在進(jìn)行試點(diǎn)工作，全球主流設(shè)備商、運(yùn)行商、廠商都在強(qiáng)勢推進(jìn)NB-IoT大規(guī)模商用，相信在不久的將來能大面積投入使用。

參考文獻(xiàn)

[1]張忠，朱天天，馬興祿，基于NB-IoT的兒童防丟系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]，計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2018年第2期。

[2] http：//m.blog.csdn.net/lovecc101/article/details/58305736。

[3] http：//www.pudn.com/Download/item/id/3256180.html。

[4] http：//www.sohu.com/a/210831484_468626。

[5]徐翠琴，基于單片機(jī)的LCD硬件設(shè)計(jì)[J]，中國新通信，2015，第13期

[6]哲嘉瑞，MCS-51單片機(jī)與GPS-OEM板串行通信問題分析[J]，中國新通信，2017-9。

[7]穆元偉，劉美娟，張琦，STC15F2K60S2單片機(jī)醫(yī)療衛(wèi)生間設(shè)計(jì)[J]，科技廣場，2017，2。

[8]郭國發(fā)，何天強(qiáng)，張開生，基于μC/ OS-II的物理監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2017-10。