鐘嬌嬌　范祥祥　葉永興　陳釗慶

摘 要：針對兒童被拐和丟失問題，文中設計了一套基于GPS和LBS定位的兒童追蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括定位裝置、云端服務器、手機客戶端三個部分。通過獲取和分析定位裝置的位置、速度、電量、摘除等信息判定兒童活動是否存在異常，如果有異常情況，系統(tǒng)將主動向手機端發(fā)送報警短信。該追蹤系統(tǒng)一定程度上能夠為兒童提供安全保障。

關(guān)鍵詞：GPS定位;LBS定位;手機APP;追蹤系統(tǒng);云端服務器;短信報警

中圖分類號：TP277;TN99文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2020）04-00-03

0 引 言

目前兒童被拐和失蹤的情況時有發(fā)生，而兒童一旦被拐找回的概率微乎其微，最主要的問題是無法得知孩子的位置以及去向。但隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，設計一款針對兒童防拐、防丟失的追蹤系統(tǒng)在技術(shù)上實現(xiàn)已成為可能。

本文提出一套針對兒童被拐和丟失問題的解決方案，該方案利用GPS（衛(wèi)星定位）和LBS（基站定位）雙重定位的方式采集兒童的實時位置，并通過云端服務器將兒童的位置發(fā)送到家長手機上以此來降低兒童丟失風險的方案。該方案通過檢測實時速度、位置、電量以及是否被摘除等信息判斷異常，并通過云服務器通知家長。家長也可以通過APP查看孩子的位置、設置速度閾值、設置電子圍欄（活動區(qū)域）和一鍵規(guī)劃最短的搜救路徑，為孩子提供最佳安全保障。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

由于用戶手機不可能一直在線，且用戶手機和定位端的距離一般相對較遠。為解決這些問題，定位裝置使用GPRS連接云服務器，使云服務器作為中繼器，用作定位端信息接收、處理和保存，并判斷有無異常，從而通知手機端用戶。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

定位裝置通過GPRS網(wǎng)絡接入云端服務器，手機端通過3G/4G通信網(wǎng)接入云端服務器。工作過程：定位裝置將采集到的信息發(fā)送到云服務器，云服務器對其進行解析、處理、保存并判斷有無異常，若有異常就通過短信通知手機端。手機端APP從服務器中讀取定位端的信息，并顯示到手機電子地圖上，同時手機也可以設置電子圍欄和速度閾值等信息發(fā)送到服務器，服務器將以此為依據(jù)對定位裝置的異常信息進行判斷。

2 硬件電路設計

系統(tǒng)硬件電路如圖2所示，定位裝置硬件電路的整體設計主要從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、高效性、實用性、簡潔性等方面來考慮。本文采用STC12C5A60S2單片機作為主控芯片。該芯片兼容傳統(tǒng)8051指令代碼，但速度比8051快8～

12倍，且價格低廉，符合本文的需求。

為使定位端滿足低功耗、體積小的需求，本系統(tǒng)中GPRS通信、GPS定位、LBS定位、電池電量信息的獲取均通過安信可A9G模塊實現(xiàn)。該模塊還集成了完整的TCP/IP協(xié)議棧，其中，GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務最大下載速率和上傳速率分別為85.6 Kb/s和42.8 Kb/s，符合本文在通信速率上的要求。利用該模塊的LBS定位功能可以使定位端在沒有GPS信號的地方利用基站定位，從而增強該裝置的定位功能。

防摘除裝置使用一個接插件，如圖2中器件P1所示，一端連接單片機引腳，另一端連接電源負極，當接插件斷開時單片機檢測不到低電平，即裝置被摘除。

3 軟件設計

3.1 定位裝置

定位裝置工作流程如圖3所示。初始化A9G模塊并連接服務器，如果服務器連接失敗就重新連接，直到連接成功。服務器連接成功之后，主控芯片開始讀取各個部分的信息。

（1）讀取GPS定位信息中的$GPRMC字段信息，該字段包括定位是否成功、定位模塊所在經(jīng)緯度以及速度信息。

（2）讀取模塊LBS定位信息，該信息只包括模塊定位的經(jīng)度和緯度。

（3）讀取接收插件信息，即模塊是否被摘除。

（4）讀取模塊的電量信息。

（5）將采集到的信息發(fā)送到服務器。

最后程序回到最初，重新對服務器連接狀態(tài)進行判斷，并不斷重復以上步驟，讀取和發(fā)送信息。

3.2 云服務器

云服務器主要功能為信息的接收、處理、保存和判斷定位端是否異常，并向手機端發(fā)送報警短信。在本系統(tǒng)中使用NodeJS編寫服務器程序，并建立TCP服務器供手機APP和定位端連接。

云服務器具體流程如圖4所示，服務器初始化之后建立TCP服務器，并建立3個監(jiān)聽線程，分別為連接建立監(jiān)聽、連接斷開監(jiān)聽、接收信息監(jiān)聽。

連接建立監(jiān)聽只對手機APP連接做處理，當手機APP連接時，將數(shù)據(jù)庫中存儲的定位端的信息下發(fā)到手機APP。

連接斷開監(jiān)聽只對定位端的連接斷開做處理，當定位端斷開連接時，向手機APP發(fā)送報警短信，提醒用戶服務器無法追蹤到定位端。

信息接收監(jiān)聽分別對定位端發(fā)來的消息和APP發(fā)來的消息做處理。當收到定位端的消息后，先將信息進行存儲，然后對數(shù)據(jù)解析和處理，并判斷是否有異常信息。如果存在異常，服務器就發(fā)送報警短信到手機客戶端。如果是手機APP發(fā)送過來的信息，先判斷是否為修改電子圍欄指令和修改速度閾值指令，如果是就將要修改的值保存到服務器，然后在判斷是否為讀取定位端數(shù)據(jù)指令，如果是，就將服務器保存的定位端的數(shù)據(jù)發(fā)送到手機APP。

3.3 手機端

手機APP可以在電子地圖上顯示用戶手機本身的位置和定位端的位置，可以設置定位端的電子圍欄和速度閾值，以及一鍵規(guī)劃到定位端的最短路徑，其工作流程如圖5所示。

具體流程為，當APP啟動后連接服務器，之后創(chuàng)建6個監(jiān)聽線程。

第一個線程監(jiān)聽普通按鈕是否按下。當普通按鈕按下時切換地圖到普通界面，即只顯示用戶和定位端的位置。如圖6（a）所示，1為用戶手機的位置，2為定位端的位置。

第二個線程用來監(jiān)聽用戶是否設置電子圍欄指令。當用戶按下圍欄按鈕后地圖切換到圍欄模式，用戶可以拖動圍欄的中心和圍欄的邊界，用來確定電子圍欄的位置和范圍。當用戶再次按下圍欄按鈕時，將會向服務器發(fā)送電子圍欄的信息，如圖6（b）所示。

第三個線程用來監(jiān)聽速度閾值設置按鈕。當用戶按下速度按鈕，彈出速度設置對話框。用戶可以輸入設置的速度，按下確認鍵向服務器發(fā)送速度閾值信息，并關(guān)閉對話框，如圖6（c）所示。

第四個線程用來監(jiān)聽路徑規(guī)劃按鈕是否按下。當按下路徑規(guī)劃按鈕時，系統(tǒng)自動調(diào)用高德地圖API進行路徑規(guī)劃，并顯示到地圖上，如圖6（d）所示。

第五個線程和第六個線程配合使用，第六個線程每3 s向服務器查詢一次定位端的信息。當服務器下發(fā)信息時，由第五個線程接收處理，并將定位端的信息顯示到地圖上。

4 結(jié) 語

本文介紹了一套通過GPS和LBS定位的兒童追蹤系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由定位端、服務器和手機端組成。以服務器作為傳輸中繼，手機APP可以隨時登錄服務器查看定位端的狀態(tài)，還可以設置電子圍欄、速度閾值等信息。即使手機APP沒有登錄服務器，服務器也可以自主判斷定位端的狀態(tài)是否發(fā)生異常，如果發(fā)生異常可自主向用戶手機發(fā)送報警短信，為防止孩子丟失提供最大限度保障。

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作者簡介：鐘嬌嬌（1997—），女，本科。

范祥祥（1989—），男，博士，講師，研究方向為傳感器技術(shù)。