攜式旅游安全定位卡的研究與設(shè)計(jì)

羅超+劉楷赟+張震

摘要：近幾年中，GPS技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，擴(kuò)展到了人們生活的多個(gè)領(lǐng)域。特別是旅游業(yè)，人們可以通過(guò)全球定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航和尋求救援等多種功能，攜式旅游安全定位卡成為一個(gè)較為熱門(mén)的研究方向?；诖?，本文從旅游安全問(wèn)題入手，首先分析了攜式旅游安全定位卡的需求，然后研究了攜式旅游安全定位卡的硬件與軟件設(shè)計(jì)，希望能夠借此給攜式旅游安全定位卡的設(shè)計(jì)完善提供一定的參考意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞：攜式旅游安全定位卡；軟件設(shè)計(jì)；硬件設(shè)計(jì)

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，全球定位技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域愈發(fā)廣泛，正在由軍用產(chǎn)品向著民用產(chǎn)品的方向轉(zhuǎn)移。特別是產(chǎn)品技術(shù)的不斷完善與軟件的升級(jí)，定位的精度有了顯著的提高。在目前的科技水平下，定位卡的成本可以控制在50元以下，極大的提升了其便攜性。而且，隨著市場(chǎng)需求的變化，定位卡還可以與其他的產(chǎn)品結(jié)合起來(lái)，形成一種高度集成的個(gè)性化產(chǎn)品。從當(dāng)前的實(shí)際情況來(lái)看，全球定位技術(shù)、蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，已經(jīng)成為全球發(fā)展速度最快的三大信息產(chǎn)業(yè)，有著極為廣闊的前景。經(jīng)濟(jì)發(fā)展起來(lái)后，人們的生活水平有了顯著的提高，更多的人選擇旅游消費(fèi)，其中還包括著戶(hù)外探險(xiǎn)等運(yùn)動(dòng)。在旅游的過(guò)程中，由于不熟悉地域等原因，旅游者的個(gè)人安全得不到有效的保障。基于此，將便攜式定位卡應(yīng)用在旅游中就有著一定可行性。

1 旅游安全問(wèn)題

旅游安全問(wèn)題是近幾年的熱點(diǎn)，因?yàn)殡S著旅游人數(shù)的增加，出現(xiàn)的安全事故也逐年增加。從旅游整個(gè)過(guò)程的安全解決來(lái)看，主要包括事前的安全評(píng)估、旅游安全預(yù)警和旅游救援。而對(duì)于當(dāng)前的實(shí)際而言，最好的辦法就是縮短救援的時(shí)間和增強(qiáng)旅游者的自我救助能力?；诖耍绾慰焖俚陌l(fā)出救援信號(hào)與定位就有著較大的作用，可以極大的縮短救援時(shí)間。特別是探險(xiǎn)等戶(hù)外旅游的形式，缺乏必要的保護(hù)措施，也容易出現(xiàn)各種意外，增加了救援的難度，容易出現(xiàn)各類(lèi)安全事故。在早些時(shí)候，有出現(xiàn)過(guò)定位裝置的應(yīng)用，但是由于費(fèi)用較高和體積較大，旅游者大多數(shù)不會(huì)選擇這類(lèi)定位裝置。在近幾年中，便攜式的定位卡出現(xiàn)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)裝置的缺陷，應(yīng)用也愈發(fā)的廣泛。我國(guó)目前的全球定位技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，可以將誤差控制在10米之內(nèi)，再將之和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合，就能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航和尋求救援等多種功能。

在近幾年中，市場(chǎng)上出現(xiàn)的旅游安全定位卡體積越來(lái)越小，而且功能也趨于多樣化，能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)交互的過(guò)程，很多旅游安全定位卡更是實(shí)現(xiàn)了自身的獨(dú)立，能夠自主的接收與發(fā)送信息。目前的便攜式旅游安全定位卡能耗也較低，可以長(zhǎng)時(shí)間的使用。但是，目前關(guān)于旅游安全定位卡的相關(guān)技術(shù)仍然存在可完善的方向，包括軟件設(shè)計(jì)與硬件設(shè)計(jì)都能夠進(jìn)一步的優(yōu)化，所以進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)分析就顯得尤為必要。

2 攜式旅游安全定位卡的需求分析

人們的消費(fèi)需求更加多樣化，國(guó)家也鼓勵(lì)綠色消費(fèi)與文化消費(fèi)，所以國(guó)內(nèi)的旅游人數(shù)呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢(shì)。在上文的分析中也提到了，旅游有一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，即使事先做了充足的準(zhǔn)備，仍然可能被突發(fā)情況?；诼糜蔚膶?shí)際情況，在設(shè)計(jì)便攜式旅游安全定位卡時(shí)，應(yīng)該著重考慮以下幾個(gè)需求：

（1）具有識(shí)別性。便攜式旅游安全定位卡應(yīng)該有一定的識(shí)別性，最好每個(gè)人都附帶自己的個(gè)人信息，這樣能夠增加救援的精度，也方便后續(xù)的救援跟進(jìn)。目前，我國(guó)的電定位卡都沒(méi)有實(shí)現(xiàn)這一功能，一方面是因?yàn)樾袠I(yè)沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，另一方面則是由于缺乏政府的支持，涉及到了個(gè)人信息的保密。

（2）接受與閱讀信息。便攜式旅游安全定位卡應(yīng)具有接受與閱讀信息的功能，方便攜帶者通過(guò)該裝置收發(fā)信息，這對(duì)于救援而言也十分重要。所以，最好能在便攜式旅游安全定位卡增加信息輸入端與接收端，提升其功能的多樣化。

（3）信號(hào)的傳遞。便攜式旅游安全定位卡必須要把信息傳遞出去，這樣才能展開(kāi)后續(xù)的救援活動(dòng)。對(duì)于不同的射頻信號(hào)，都應(yīng)該能夠傳遞，讓便攜式旅游安全定位卡的適用性有一定提升。

基于上述的需求考慮，便攜式旅游安全定位卡在設(shè)計(jì)的時(shí)候，可以考慮以下零部件：

（1）電子標(biāo)簽。電子標(biāo)簽其實(shí)為持有者的身份信息，也被稱(chēng)作射頻卡。電器標(biāo)簽在發(fā)射信息的時(shí)候會(huì)自帶特殊的電子編碼，如果采用規(guī)范的儲(chǔ)存形式，這些電子編碼就可以被接受者識(shí)別。如果旅游的過(guò)程中需要協(xié)助，發(fā)射求助信號(hào)之后，安全救援部門(mén)就能夠在第一時(shí)間確定求助人的身份，一方面可以減少虛假的安全救援求助，另一方面可以提高安全救援的精度。

（2）閱讀器。閱讀器是一種無(wú)線(xiàn)電的射頻收發(fā)設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的寫(xiě)入或者接受。隨著智能化需求的不斷增加，旅游安全定位卡的功能區(qū)域多樣化，旅游者可以通過(guò)定位卡實(shí)現(xiàn)信息的發(fā)送和接受。例如，當(dāng)某地發(fā)生暴雨、塌方等事故或者有了類(lèi)似的預(yù)警信息后，官方可以統(tǒng)一的發(fā)送信息，處于該區(qū)域的旅游者，就可以通過(guò)安全定位卡接收到這類(lèi)信息，提前做好預(yù)防措施，減少意外發(fā)生的可能。

（3）天線(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞功能，需要用不同規(guī)格信號(hào)的天線(xiàn)，這樣才能讓信息更加完整的被傳遞。目前，基礎(chǔ)的無(wú)線(xiàn)電傳播要求具有聯(lián)系性、全天候、全球性和實(shí)時(shí)性的功能，同時(shí)還需要具備定位與導(dǎo)航等特性。在此基礎(chǔ)上，還要經(jīng)可能的讓定位裝置便攜。所以，天線(xiàn)也是重要的一環(huán)，需要實(shí)現(xiàn)在閱讀器和電子標(biāo)簽間傳遞無(wú)線(xiàn)點(diǎn)射頻信號(hào)的功能。

上述的幾點(diǎn)為便攜式旅游安全定位卡的基礎(chǔ)需求，當(dāng)然還可以進(jìn)行多樣化的設(shè)計(jì)，基于這一點(diǎn)，可以采取市場(chǎng)需求的調(diào)查分析，然后根據(jù)人們的需要來(lái)補(bǔ)充相應(yīng)的功能模塊。由于相關(guān)的技術(shù)已經(jīng)趨于完善，所以在較小的空間內(nèi)能夠滿(mǎn)足更多的功能需求，這也是便攜式旅游安全定位卡的發(fā)展方向。

3 攜式旅游安全定位卡的硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)攜式旅游安全定位卡的功能需求，在硬件設(shè)計(jì)的時(shí)候需要包括通訊模塊、信息輸入模塊、電源、指示燈、控制模塊和信息接收模塊等。這這些模塊的硬件設(shè)計(jì)中，可考慮以下幾點(diǎn)內(nèi)容：

（1）電磁干擾與能耗問(wèn)題。對(duì)于攜式旅游安全定位卡而言，其內(nèi)部很容易存在電磁干擾的問(wèn)題，因此電路必須合理的布局，在規(guī)定的尺寸內(nèi)實(shí)現(xiàn)功能的完善。另外，還要盡可能的降低攜式旅游安全定位卡內(nèi)部能耗，對(duì)于階段性工作的模塊，可以階段性的供電，這樣還可以從側(cè)面降低其內(nèi)部的電磁干擾，增強(qiáng)其護(hù)航能力。

（2）信息接收模塊。信息接收模塊主要是實(shí)現(xiàn)GPS的接收，目前瑞士的信息接收模塊能夠利用串口通信來(lái)實(shí)現(xiàn)百萬(wàn)相關(guān)器的捕捉與追蹤，其精度可靠性較強(qiáng)。而且移動(dòng)中的捕捉靈敏度也較強(qiáng)，可以抵抗電磁信號(hào)的干擾。所以，根據(jù)設(shè)計(jì)的需求，采用LEA-5S的伽利略GPS模塊，其外形十分緊湊，能耗也較低，20毫安的電流就能維持其正常的工作，可以長(zhǎng)時(shí)間的續(xù)航。

（3）通訊模塊的設(shè)計(jì)。由于攜式旅游安全定位卡需要實(shí)現(xiàn)信息的收發(fā)，而且自身的體積與耗能都有限定，所以在多對(duì)比之后，選擇WAVECOM的Q2406B模塊。這種模塊不僅能夠支持雙頻，還可以設(shè)置休眠，當(dāng)不需要工作時(shí)，其能耗很低。而且，該模塊還增加二極管來(lái)防止靜電對(duì)部件損壞。為了配合該模塊，SIM卡選擇3.0V，能夠被模塊自動(dòng)的檢測(cè)與識(shí)別。

（4）控制模塊的設(shè)計(jì)?？刂菩酒枰c通訊模塊相配套，而且還要滿(mǎn)足通訊的接收與處理，因此編程的復(fù)雜化程度需要盡可能的降低。基于此，在該便攜式旅游安全定位卡中選用DS80C320作為主控制器的CPU處理單元，它的一個(gè)指令需要四個(gè)CLA來(lái)完成，運(yùn)行的速度較快，而且性能也是其他處理芯片的幾倍以上。經(jīng)過(guò)相應(yīng)的系統(tǒng)性分析，該CPU能夠滿(mǎn)足整個(gè)系統(tǒng)的需求，并且在不常用的情況下屬于睡眠的狀態(tài)，所以能耗相對(duì)較低。可以進(jìn)一步的延長(zhǎng)整個(gè)安全卡的使用時(shí)間。對(duì)于的具體性能，可以根據(jù)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制。

上述的幾點(diǎn)為便攜式旅游安全定位卡的基礎(chǔ)硬件設(shè)計(jì)，采用這些模塊就可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)安全定位卡的基礎(chǔ)功能。其他的功能模塊可以利用軟件在整個(gè)硬件上進(jìn)行拓展，實(shí)現(xiàn)起來(lái)并不復(fù)雜。需要注意的是，一定要考慮到硬件與軟件的兼容性，設(shè)計(jì)前期就要做好規(guī)劃，進(jìn)行整體的把控與可行性分析，這樣才能保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的順暢，給便攜式旅游安全定位卡的功能優(yōu)化提供可能。

4 攜式旅游安全定位卡的軟件設(shè)計(jì)

便攜式旅游安全定位卡的主要功能是接收和處理相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并且利用模塊反饋給用戶(hù)中心用戶(hù)，執(zhí)行相關(guān)的服務(wù)命令。所以在整個(gè)軟件設(shè)計(jì)中，最關(guān)鍵的就是實(shí)現(xiàn)控制芯片與通訊模塊之間的信息交換，其附加功能就是用戶(hù)已整個(gè)安全卡之間的交互。因此，通信并不是周期性的，應(yīng)該采用中斷的方式來(lái)滿(mǎn)足整個(gè)系統(tǒng)的需求。在信息發(fā)送或者接收的過(guò)程中，其相應(yīng)的功能模塊要利用中斷程序來(lái)傳遞，具體的軟件設(shè)計(jì)方面如下。

4.1信息的接收

系統(tǒng)的信息接收需要通過(guò)串口和通訊模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中定位器用于系統(tǒng)定時(shí)時(shí)鐘，在整個(gè)串口1/2銜接口時(shí)，才會(huì)將波特率發(fā)生器使用。CPU在多數(shù)情況下處于睡眠的狀態(tài)，喚醒時(shí)開(kāi)始正常的工作，因此在整個(gè)開(kāi)機(jī)時(shí)首先要進(jìn)行通訊模塊的初始化，然后根據(jù)預(yù)先輸入的程序來(lái)運(yùn)行模式，并且執(zhí)行或者發(fā)送位置信息。當(dāng)然發(fā)送位置信息是周期性的，接收到命令之后才會(huì)利用中斷的模式來(lái)為信息傳遞提供基礎(chǔ)。

4.2GPS協(xié)議

GPS模塊的主要功能就是根據(jù)相應(yīng)的GPS協(xié)議來(lái)運(yùn)輸信息，其中輸出的信息通常采用ASCⅡ碼并且串口中斷。GPS信息也要判斷其開(kāi)頭是否帶有特殊的格式信號(hào)，并且判斷能否接收該信息，在整個(gè)過(guò)程中格式十分重要，在其開(kāi)始與末尾都有相應(yīng)的標(biāo)志，開(kāi)始的標(biāo)志是識(shí)別整個(gè)信息的關(guān)鍵所在，而數(shù)據(jù)的末尾信息則是判斷是否完成信息接收的工作。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，一定要增強(qiáng)GPS協(xié)議的適用性，其開(kāi)頭與結(jié)束的特殊編號(hào)必須要有規(guī)范性，確保能夠接收到相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，這樣才能實(shí)現(xiàn)其基礎(chǔ)的功能。特別是對(duì)于旅游安全定位卡而言，地域性的差異很大，所以在編碼設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要著重考慮信息傳遞的可接收性。

4.3GPRS命令協(xié)議

便攜式旅游安全定位卡的信息是通過(guò)GSM模塊進(jìn)行收發(fā)的，所以程序的串口命令也是相應(yīng)AT指令。在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，要監(jiān)聽(tīng)相應(yīng)的短信命令形式，并且根據(jù)這些命令來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的操作，這是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的關(guān)鍵所在。對(duì)于這一點(diǎn)，我國(guó)目前的軟件已經(jīng)較為成熟，可以通過(guò)相應(yīng)的程序指令來(lái)輸出或者接收信號(hào)。當(dāng)然，改程序可以進(jìn)行個(gè)性化的設(shè)計(jì)，根據(jù)功能的需求，設(shè)定指令監(jiān)聽(tīng)，滿(mǎn)足客戶(hù)的多樣化要求。

4.4特殊信息編碼

在上文的分析中提到了，便攜式旅游安全定位卡最好能夠?qū)崿F(xiàn)用戶(hù)的個(gè)人信息識(shí)別，當(dāng)用戶(hù)傳遞相應(yīng)的救援信息時(shí)，接收方能夠快速地辨別出用戶(hù)的身份，這可以作為電子標(biāo)簽來(lái)使用。基于這一點(diǎn)，在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)的時(shí)候可以采用特殊的電子編碼，利用規(guī)范化的儲(chǔ)存形式來(lái)發(fā)送求助信號(hào)，這類(lèi)編，一般需要進(jìn)行相應(yīng)的備案，這樣在接收后才能被快速的識(shí)別。相對(duì)而言，這一功能的技術(shù)實(shí)現(xiàn)并不復(fù)雜，但是需要政府部門(mén)，來(lái)進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)范，因?yàn)檫@涉及到了個(gè)人信息的保密性，目前我國(guó)在這方面做得還不夠好，需要在后續(xù)的發(fā)展中不斷完善。

5 結(jié)語(yǔ)

在近幾年中，我國(guó)的居民生活水平有了顯著的提高，人們花費(fèi)了更多的資金在旅游上，但是由于旅游的特殊性質(zhì)，很容易出現(xiàn)各類(lèi)安全問(wèn)題?；诖?，與旅游相關(guān)的安全管理，就顯得十分重要。在科技日益發(fā)達(dá)的今天，人們發(fā)明了旅游安全定位卡來(lái)給游客提供更多的便利，該定位卡能夠?qū)崟r(shí)定位用戶(hù)的位置，并且可以傳遞相應(yīng)的信號(hào)，滿(mǎn)足游客的多樣化需求。本文針對(duì)當(dāng)前旅游安全問(wèn)題與便攜式旅游安全定位卡的需求，重點(diǎn)分析了在設(shè)計(jì)便攜式旅游安全定位卡時(shí)的硬件與軟件內(nèi)容，希望能夠借此給相關(guān)的研究提供一定的參考意見(jiàn)，推動(dòng)旅游安全定位卡的發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：

羅超（1997.02-），男，漢族，山東青島人，主要從事通信工程研究.

劉楷赟（1997.03-），男，漢族，山東青島人，主要從事通信工程研究.

張震（1997.01-），男，漢族，山東濟(jì)南人，主要從事通信工程研究.