劉育勝 宋鑫 李永樂 路婷 劉立群 王佳玉 薛飛

摘要：防止老人或者小孩走丟走失，還可以放在汽車?yán)?，利用GPS系統(tǒng)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于單片機(jī)的防丟失設(shè)備。設(shè)備利用液晶顯示屏顯示信息，并實(shí)時(shí)發(fā)送位置短信到手機(jī)傳輸當(dāng)前位置的緯度和經(jīng)度坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了定位與監(jiān)測(cè)功能。測(cè)試結(jié)果表明，利用該設(shè)備和手機(jī)可以同時(shí)觀察老人或小孩攜帶該設(shè)備時(shí)的定位信息。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī); GPS 定位;緯度;經(jīng)度

中圖分類號(hào)： TP368.1? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）13-0237-04

Abstract： In order to prevent the old people or children from getting lost， this paper designs and implements the anti-loss equipment based on single chip microcomputer by using GPS system. The device uses LCD to display information， and sends SMS to mobile phone in real time to transmit the latitude and longitude coordinates of the current position， so as to realize the positioning and monitoring functions. The test results show that the location information of the elderly or children can be observed simultaneously by using the device and mobile phone.

Key words： MCU; GPS Positioning; latitude; longitude

為防止老人或者小孩走丟，隨時(shí)掌握老人所在的地點(diǎn)、時(shí)間等信息，也能幫助人們快速地找到自己的停放汽車等的位置，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于單片機(jī)的防丟失設(shè)備。采用STC89C52單片機(jī)，采用LCD1602液晶屏，單片機(jī)與手機(jī)之間通過GSM短信模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，以短信的形式將檢測(cè)到的當(dāng)前位置的緯度和經(jīng)度坐標(biāo)信息發(fā)送給手機(jī)，以便實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)老人或小孩和自己東西的位置。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

以STC89C52為中央處理器，GPS模塊用采集數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)后，單片機(jī)根據(jù)定位計(jì)算公式得出當(dāng)前位置的經(jīng)緯度信息和時(shí)間信息。經(jīng)過LCD顯示器處理后得出和時(shí)間信息SIM800A模塊發(fā)送短信到設(shè)定的手機(jī)號(hào)上，將檢測(cè)到的經(jīng)緯度和時(shí)間信息展示在短信上。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖1所示。

1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

系統(tǒng)利用GPS模塊，采集觀察點(diǎn)到衛(wèi)星之間的距離，通過引腳串口將數(shù)值發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)定位公式，計(jì)算出當(dāng)前所在位置的經(jīng)緯度坐標(biāo)，單片機(jī)的串口連接到LCD1602液晶顯示屏上[1]。單片機(jī)循環(huán)檢測(cè)按鍵是否按下，當(dāng)檢測(cè)到按鍵按下時(shí)，單片機(jī)操控SIM900A發(fā)送給短信到指定的手機(jī)號(hào)17361527594上，發(fā)送的短信數(shù)據(jù)信息分別顯示出其緯度和經(jīng)度信息“N36d05m24s”和“E03d41m42s” [2]。系統(tǒng)流程圖如圖2所示。

1.3 GPS定位模塊

GPS模塊是集成了RF射頻芯片、基帶芯片和核心CPU，并加上相關(guān)外圍電路而組成的一個(gè)集成電路。GPS數(shù)據(jù)輸出格式采用標(biāo)準(zhǔn)的NMEA-0183標(biāo)準(zhǔn)，采集地理信息的速率為2秒/次，地圖坐標(biāo)系為WGS-84坐標(biāo)系。機(jī)器所用到的GPS模塊在定位系統(tǒng)中屬于用戶部分。我們通過運(yùn)算每個(gè)衛(wèi)星之間的距離，采用距離交會(huì)法求出接收機(jī)的經(jīng)度、緯度、高度和時(shí)間，STC89C52單片機(jī)將GPS[3]模塊采集到的數(shù)據(jù)通過定位公式計(jì)算出用戶的經(jīng)緯度，通過通信模塊發(fā)送到預(yù)先指定的接收手機(jī)號(hào)上，該手機(jī)號(hào)是17361527594，中國(guó)電信卡，發(fā)送的內(nèi)容為：“當(dāng)前位置的緯度為：北緯36度05分23秒，經(jīng)度為：東經(jīng)103度41分42秒”。該位置是甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)11號(hào)樓231宿舍所在的經(jīng)緯度坐標(biāo)。

1.4短信發(fā)送模塊

這個(gè)模塊插入中國(guó)移動(dòng)卡，用來發(fā)送經(jīng)緯度數(shù)據(jù)信息，該移動(dòng)SIM卡手機(jī)號(hào)是17899314036。其中GSM模塊通信[2]是和單片機(jī)的串口進(jìn)行通信[4]，可以設(shè)置每隔多少時(shí)間進(jìn)行一次發(fā)送短信。初始設(shè)置發(fā)送時(shí)間為1分鐘。

1.5 按鍵模塊

單片機(jī)的按鍵控制電路是由1個(gè)微動(dòng)開關(guān)并聯(lián)組成的電路，按鍵的一段連接單片機(jī)的雙向I/O口，另一端接地。當(dāng)按鍵開關(guān)處于張開狀態(tài)時(shí)，I/O引腳和地?cái)嚅_，此時(shí)該I/O引腳處于高電平狀態(tài)。當(dāng)按下按鍵時(shí)，I/O引腳接地，此時(shí)高電平置低電平，并返回一個(gè)低電平信號(hào)給單片機(jī)。按鍵開關(guān)的檢測(cè)其原理就是高低電平的檢測(cè)。

1.6 STC89C52單片機(jī)

STC89C52單片機(jī)是一款低功耗、高性能的微控制器，是STC公司早期生產(chǎn)用于工業(yè)控制的單片機(jī)。其作用是控制各種傳感器和外設(shè)，自行計(jì)算處理得到的數(shù)據(jù)和信號(hào)，并進(jìn)行相應(yīng)的操作，在工業(yè)生產(chǎn)中起到大腦的作用。相比于日常生活中使用的電腦，單片機(jī)只能稱得上微小電路集成系統(tǒng)，能起到的作用非常有限，只能處理一些簡(jiǎn)單的控制工作。單片機(jī)的應(yīng)用非常廣泛，絕大部分電器都是采用單片機(jī)進(jìn)行控制，家里的大家電，比如冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)、電視機(jī)，小到遙控器、鼠標(biāo)、鍵盤、鬧鐘。其里面都包含一個(gè)或者多個(gè)單片機(jī)。單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀表儀器，航空航天，家用電器和醫(yī)用設(shè)備上。智能設(shè)備的發(fā)展也非常依賴單片機(jī)，多樣化的傳感器對(duì)單片機(jī)也提出了一定的要求，故此越來越多的高級(jí)的單片機(jī)出現(xiàn)。

1.7單片機(jī)內(nèi)部電路

STC89C52單片機(jī)內(nèi)部構(gòu)成還是比較復(fù)雜的，雖然只是微型處理器，但是“麻雀雖小五臟俱全”，具有處理器所具有的基礎(chǔ)構(gòu)成。包括時(shí)鐘芯片，定時(shí)器，ROM，F(xiàn)LASH存儲(chǔ)器，RAM閃存器，32個(gè)I/O口，串口通信和中央處理器。從圖4單片機(jī)內(nèi)部電路圖可以得知，具有2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，2個(gè)串行輸入/輸出口，128字節(jié)的RAM，4K字節(jié)的ROM，64K總線擴(kuò)展控制。CPU型號(hào)是8051，外部具有振蕩器及定時(shí)電路。

1.8 LCD1602液晶顯示電路

本次設(shè)計(jì)采用LCD1602液晶顯示器作為輸出顯示器，LCD1602液晶顯示器是一種工業(yè)字符型液晶，從其名稱中可以得知，顯示屏具有2行輸出，每行16個(gè)字符，能夠同時(shí)顯示16*2即32個(gè)字符。LCD1602液晶屏顯示利用液晶的特性，通過改變電壓達(dá)到控制區(qū)域顯示，最終顯示出想要的圖形或者數(shù)字。LCD1602液晶顯示屏不僅可以顯示數(shù)字，還可以顯示符號(hào)和字母。在和單片機(jī)進(jìn)行通信時(shí)，和P0口進(jìn)行連接，中間要有上拉電阻進(jìn)行連接。本次設(shè)計(jì)LCD1602液晶顯示屏上展示檢測(cè)到的經(jīng)緯度和時(shí)間。其引腳連接圖如圖6所示：

2 系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試

開機(jī)進(jìn)行測(cè)試，顯示初始化界面，15秒以后LCD1602液晶顯示器顯示“GPS INIT OK！”，GPS模塊與衛(wèi)星進(jìn)行連接，圖7是連接好時(shí)的初始界面。然后將中國(guó)移動(dòng)SIM卡插入設(shè)備，調(diào)試好進(jìn)入主頁(yè)面，按下按鍵，單片機(jī)通過SIM900A模塊會(huì)將測(cè)得的緯度和經(jīng)度坐標(biāo)發(fā)送短信到手機(jī)上，手機(jī)接收到短信，短信內(nèi)容是此時(shí)的緯度和經(jīng)度坐標(biāo)[5]。圖8是開始計(jì)時(shí)每隔1分鐘向家人手機(jī)發(fā)送短信時(shí)手機(jī)接收到的第一條短信情形。實(shí)時(shí)發(fā)送的短信內(nèi)容中包含了當(dāng)時(shí)的緯度和經(jīng)度，如圖9所示。其中，“N36d05m24s”代表當(dāng)前位置的緯度為：北緯36度05分23秒。“E03d41m42s”代表當(dāng)前位置的經(jīng)度為：東經(jīng)103度41分42秒。圖10是把時(shí)間調(diào)整到每隔2分鐘給家人手機(jī)發(fā)送第一條短信[6]的情形;圖11是時(shí)間倒計(jì)時(shí)到44秒的情形。

測(cè)試結(jié)果表明，該設(shè)備完成了利用GPS系統(tǒng)實(shí)時(shí)定位的功能，并且可以實(shí)時(shí)發(fā)送經(jīng)緯度坐標(biāo)信息到手機(jī)上進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3 小結(jié)

基于單片機(jī)的防丟失設(shè)備是為防止老人或者小孩走丟走和方便找自己常用東西的位置而設(shè)計(jì)，利用GPS系統(tǒng)定位經(jīng)緯度坐標(biāo)，利用LCD1602液晶顯示屏顯示信息，并實(shí)時(shí)發(fā)送短信到手機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了定位功能。測(cè)試結(jié)果表明，利用該設(shè)備和手機(jī)可以同時(shí)觀察老人或小孩攜帶該設(shè)備時(shí)的定位信息，完成了利用GPS系統(tǒng)實(shí)時(shí)定位的功能，并且可以實(shí)時(shí)發(fā)送經(jīng)緯度坐標(biāo)信息到手機(jī)上進(jìn)行監(jiān)測(cè)[7]，防丟失系統(tǒng)功能十分強(qiáng)大，不管是大人小孩都可以使用，一些產(chǎn)品還具有SOS緊急求助、手電筒、摔倒報(bào)警等功能，實(shí)用性強(qiáng);并且對(duì)老人的考慮十分周到，但此設(shè)計(jì)由于工作量大，僅具有位置經(jīng)緯度顯示、短信發(fā)送、GPS定位的功能。

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【通聯(lián)編輯：梁書】