智能兒童安全管家

薛凡+田紅+肖明霞

【摘要】 本項目是專門針對有關(guān)兒童走失問題的一個電子設(shè)計。此電子設(shè)計主要由硬件電路和軟件兩部分。硬件部分的設(shè)計采用了STM32F103ZE單片機作為控制核心，通過外部GPS模塊精確地定位信息傳給控制核心進(jìn)行處理，顯示在OLCD屏上，并通過GSM模塊 把準(zhǔn)確定位信息反饋監(jiān)護(hù)人的手機上。軟件設(shè)計用keilMDK編寫程序代碼，并使用仿真軟件對設(shè)計的硬件電路和程序進(jìn)行測試。

【關(guān)鍵詞】 單片機 GPS模塊 GSM模塊 OLCD屏

引言

兒童安全問題在全世界范圍內(nèi)一直存在。在各種媒體中兒童走失，被拐事件層出不窮，可見孩子的丟失問題已經(jīng)成為孩子外出玩耍及上學(xué)的主要潛在威脅，因此如何設(shè)計一款既方便價格又便宜的兒童安全管家是一個比較熱門的話題。

隨著科技的飛速發(fā)展國內(nèi)外一些軟件開發(fā)商和電子產(chǎn)品公司都在相繼開發(fā)生產(chǎn)有關(guān)此類的產(chǎn)品，例如騰訊公司設(shè)計研發(fā)的智能兒童安全手環(huán)及360公司自主開發(fā)的兒童安全管家等相應(yīng)電子產(chǎn)品。但這類產(chǎn)品都缺乏一定的互動性，讓孩子無法深切感受到此產(chǎn)品的存在，沒有主觀積極去使用它，從而會忘記充電或放棄攜帶而最終導(dǎo)致產(chǎn)品不能達(dá)到監(jiān)護(hù)兒童的目的。所以這類產(chǎn)品在兒童安全管家電子產(chǎn)品市場上一直沒有太大反響，不能引起購買者的興趣。

一、系統(tǒng)的設(shè)計

系統(tǒng)主要由主控制器（STM32F103ZE）、GPS定位模塊、GSM通信模塊，OLCD液晶顯示模、顯示模塊等部分組成。本設(shè)計采用了大量的硬件電路來完成各個模塊部分功能，其目的是充分的利用硬件電路設(shè)計使系統(tǒng)達(dá)到相應(yīng)的未定性能。系統(tǒng)的總體硬件構(gòu)思框圖如圖。

二、硬件電路模塊

由上圖的的硬件框圖可知，該智能兒童安全管家采用了主控模塊、定位模塊、提示模塊、定位模塊、顯示模塊等五大部分組成。下面就對各個硬件模塊的功能和設(shè)計進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2.1主控電路

本系統(tǒng)選用STM32F103ZE單片機作為主控芯片，STM32F103ZE是ST旗下的一款常用的增強型系列微控制器，最高72MHz工作頻率，在存儲器等待周期訪問時可達(dá)1.25DMips/MHZ，內(nèi)置32K到128K的閃存，不同的在于SRAM的最大容量和外設(shè)接口的組合。作為主系統(tǒng)控制核心，該單片機主要負(fù)責(zé)采集GPS所定位數(shù)據(jù)信號和處理，再通過GSM把數(shù)據(jù)發(fā)送到手機上，并協(xié)同其他模塊電路共同工作。

2.2 GPS模塊電路

GPS模塊是一款把RF射頻芯片、核心CPU和基帶芯片以及相關(guān)外圍電路緊湊的布局在一塊PCB電 路板上。 GPS模塊具有高靈敏度，低功耗等優(yōu)點，被廣泛的應(yīng)用應(yīng)用于各種無線定位設(shè)備中。在這塊緊湊的的PCB電路板上，可以同時追蹤20多顆衛(wèi)星，并快速確定地點坐標(biāo)，并以1 Hz/s速度導(dǎo)航更新。該模塊在接收到發(fā)送定位數(shù)據(jù)請求之后，通用$GPRMC精簡數(shù)據(jù)輸出相應(yīng)數(shù)據(jù)信息，這條數(shù)據(jù)信息包括了目標(biāo)所在地點的經(jīng)度、緯度以及目標(biāo)運動方向角，并相應(yīng)的對定位數(shù)據(jù)是否有效進(jìn)行判斷。如果定位數(shù)據(jù)信息是有效數(shù)據(jù)則GPS模塊就把準(zhǔn)確的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的處理之后發(fā)送給主控。從而達(dá)到實時監(jiān)控兒童的動態(tài)方位，進(jìn)而防止兒童走失。

三、通信模塊

GSM模塊是一款在通信領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛的通訊模塊。SIM800系列GSM模塊是具有獨立GSM射頻處理及操作系統(tǒng)的功能模塊，故而SIM800系列GSM模塊具有發(fā)送簡易SMS短信的功能。在監(jiān)護(hù)人發(fā)送一條讀取信息指令之后，該模塊把兒童的的時時定位數(shù)據(jù)通過短信的形式發(fā)送到監(jiān)護(hù)人的手機上。讓監(jiān)護(hù)人了解兒童的情況。

四、顯示模塊

該模塊主要的的功能是顯示兒童所在的地的經(jīng)緯度坐標(biāo)，讓他們知道自己所處地點，同時更加有效的防止在和家長失去聯(lián)絡(luò)時，進(jìn)行簡單的自救。

五、軟件設(shè)計流程

由于智能兒童安全管家實現(xiàn)的功能比較復(fù)雜，相應(yīng)的程序設(shè)計難度增加。程序不僅要考慮到各個模塊功能的實現(xiàn)，還要考慮各模塊與模塊之間協(xié)調(diào)，主控與模塊之間的有效管理。這樣才能使程序條理清楚，同時也能提高系統(tǒng)的效率，進(jìn)而達(dá)到最佳效果。

六、結(jié)束語

智能兒童安全管家作為尋找走失兒童的重要幫手，將會是未來科技發(fā)展的一種趨勢，因此對其研究設(shè)計具有非常重要現(xiàn)實的意義。本設(shè)計主要研究了如何能有效地對地點進(jìn)行定位，以及進(jìn)行實時監(jiān)控，并可以快速的將被監(jiān)護(hù)兒童消息發(fā)送給監(jiān)護(hù)人。此設(shè)計系統(tǒng)雖然簡單，但在兒童安全產(chǎn)品方面的設(shè)計發(fā)展中提供了新思路。