基于北斗定位系統(tǒng)的智能個(gè)人防護(hù)報(bào)警器設(shè)計(jì)方案

林呂明+武斌

摘要：基于北斗定位系統(tǒng)以及GSM芯片的收發(fā)短信功能，以手環(huán)等移動(dòng)設(shè)備形式進(jìn)行個(gè)人的智能防護(hù)，并通過(guò)特定按鈕觸發(fā)其緊急情況的報(bào)警功能，對(duì)指定號(hào)碼以短信息等形式發(fā)送其所在地的相關(guān)位置信息，進(jìn)行快速、精準(zhǔn)地救援，從而達(dá)到對(duì)個(gè)人的保護(hù)，保障個(gè)人財(cái)產(chǎn)和人身安全。

關(guān)鍵詞：北斗定位，個(gè)人防護(hù)，GSM

引言：近年來(lái)，城市化進(jìn)程不斷加快，公共安全問(wèn)題日益突出。所以使遭遇緊急情況下的人員能夠及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息顯得至關(guān)重要。當(dāng)人們遇到緊急情況時(shí)，不一定能有機(jī)會(huì)撥打求救電話，所以這時(shí)候就需要有效且快速的方法來(lái)保障人身安全。目前我國(guó)正在實(shí)施北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)，2012年左右系統(tǒng)就已經(jīng)具備亞太地區(qū)的定位導(dǎo)航和通信服務(wù)能力。2020年左右將建成覆蓋全球的導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航具有精度高，衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)，功能豐富，以及自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)等特點(diǎn)，是導(dǎo)航應(yīng)用發(fā)展的新趨勢(shì)。

本文基于北斗定位系統(tǒng)，能夠在人員緊急情況下對(duì)指定號(hào)碼發(fā)送位置信息，撥通電話，并且提供實(shí)時(shí)錄音功能。實(shí)現(xiàn)了對(duì)突發(fā)事件的實(shí)時(shí)應(yīng)急響應(yīng)，這是北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在民用領(lǐng)域的創(chuàng)新，具有廣闊的應(yīng)用前景。

一、系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)由發(fā)射端和系統(tǒng)接收終端兩部分組成，發(fā)射端由北斗定位模塊、錄音模塊和GSM模塊三個(gè)部分組成，接收終端主要由移動(dòng)端組成。北斗定位模塊獲取并給GSM模塊提供人員的位置信息；錄音模塊存儲(chǔ)語(yǔ)音內(nèi)容；GSM模塊向指定號(hào)碼發(fā)送報(bào)警信息并撥打電話。

緊急報(bào)警按鈕觸發(fā)后北斗定位模塊啟動(dòng)，將位置信息由GSM模塊以短信形式發(fā)送給指定號(hào)碼并撥打電話，同時(shí)開(kāi)啟錄音功能。

二、系統(tǒng)具體模塊設(shè)計(jì)

2.1單片機(jī)

單片機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)稱，是典型的嵌入式微控制器，其在我們的日常生活中占據(jù)了重要的地位。早期的單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因可靠而性能不錯(cuò)獲得了很大的好評(píng)。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)。基于這一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。但是51單片機(jī)在本文并不適用。

本設(shè)計(jì)中需要單片機(jī)與北斗定位模塊以及GSM模塊進(jìn)行連接，要求單片機(jī)具有雙串口功能；并且因?yàn)槭且苿?dòng)設(shè)備為了避免頻繁的充電單片機(jī)還需要低功耗的特點(diǎn)，這些要求傳統(tǒng)的51單片機(jī)無(wú)法勝任。所以我們選用C8051F380單片機(jī)。C8051F380 相對(duì)于其他單片機(jī)C8051F380[44]具有以下突出特點(diǎn)：[1]

①兼容8051微控制器內(nèi)核，執(zhí)行速度快，其峰值執(zhí)行速度可達(dá) 48MIP。

②r片內(nèi)采用Silicon Labs二線（C2）開(kāi)發(fā)接口，支持在系統(tǒng)、全速、非侵入式調(diào)試（不占用片內(nèi)資源）。這種調(diào)試方式支持設(shè)置斷點(diǎn)、單步運(yùn)行、全速運(yùn)行和停止命令。

③片上資源豐富，包括48個(gè)I/O引腳、4個(gè)通用的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、2個(gè)UARTS、4325字節(jié)RAM以及64KB字節(jié)的flash。

④擁有上電復(fù)位、電源監(jiān)視、時(shí)鐘丟失檢測(cè)等功能。

⑤擁有48MHZ的高精度內(nèi)部晶振，可工作在多種功耗模式下。

從以上特點(diǎn)可知，C8051F380擁有2個(gè)UARTS，可分別與北斗定位模塊和GSM模塊進(jìn)行連接通信；

2.2北斗定位模塊

北斗一號(hào)采用陳芳允院士提出的“雙星定位”思想進(jìn)行構(gòu)建，系統(tǒng)由空間站和地面應(yīng)用系統(tǒng)兩大部分組成，系統(tǒng)組成如圖 2.1所示。北斗一號(hào)采用的定位原理屬于有源定位，需要通過(guò)地面站來(lái)聯(lián)系定位導(dǎo)航衛(wèi)星。而美國(guó)GPS則是無(wú)源定位的方式工作，有源定位與無(wú)源定位在定位精度、覆蓋范圍和傳輸延時(shí)等方面存在較大的差距。[2]

北斗二號(hào)采用無(wú)源定位的工作方式，可以說(shuō)是中國(guó)的“GPS”，它的出現(xiàn)是為了解決北斗1號(hào)存在的缺點(diǎn)，提供更精確、更廣泛、更安全的定位導(dǎo)航能力。所以本文選用（BD2）+GPS雙系統(tǒng)定位的BD-126北斗定位模塊。該模塊支持北斗二號(hào)/GPS雙模式定位，定位更加精準(zhǔn)效率更高，運(yùn)行更穩(wěn)定。其對(duì)外輸出信號(hào)為GGA語(yǔ)句、GSV語(yǔ)句、VTG語(yǔ)句。默認(rèn)波特率設(shè)置是“9600，N，8，1”[3]。

2.3 GSM模塊設(shè)計(jì)

2.3.1 GSM簡(jiǎn)介

GSM即為全球移動(dòng)通信系統(tǒng)，本系統(tǒng)采用由TC35、串口電路和保護(hù)電路組成的GSM模塊。TC35新版西門子工業(yè)GSM模塊是一個(gè)既支持英文短信又支持中文短信息的工業(yè)級(jí)GSM模塊，支持?jǐn)?shù)據(jù)和語(yǔ)音兩種格式的 SMS 短信發(fā)送形式，且格式的設(shè)置都可通過(guò)AT命令來(lái)實(shí)現(xiàn)，本系統(tǒng)只需要發(fā)送包含個(gè)人位置信息的中文短信息。

2.3.2 TC35模塊功能介紹

TC35模塊功能有：GSM基帶處理器、GSM射頻部分、電源ASIC（Application Specific Integrated Circuit）、Flash 。GSM基帶處理器是整個(gè)模塊的核心，它由一個(gè)C166 CPU和一個(gè)DSP處理器內(nèi)核控制著模塊內(nèi)各種信號(hào)的傳輸、轉(zhuǎn)換、放大等處理過(guò)程。GSM射頻部分是一個(gè)單片收發(fā)器SMARTi，它由一個(gè)外差式接收器、上變頻調(diào)制環(huán)路發(fā)送器（upconversion modulation loop transmitter）、一個(gè)射頻鎖相環(huán)路和一個(gè)全集成中頻合成器4個(gè)功能塊組成，共同完成對(duì)射頻信號(hào)的接收和發(fā)送等處理。GSM 模塊電流變化非常大，空閑時(shí)電流小于3.5mA，而在通話期間電流最大可達(dá)2.3A，這就對(duì)供電電路提出了較高的要求。GSM模塊電源ASIC部分使用線性電壓調(diào)節(jié)器把外部輸入的電源電壓Vbatt+進(jìn)行穩(wěn)壓處理后供 GSM基帶處理器和GSM射頻部分使用，此外它還輸出一個(gè)2.9V/70mA 的電壓供模塊外的其他電路使用。GSM射頻部分的功率放大器對(duì)電源電壓要求不高，所以直接使用外部的輸入電壓Vbatt+。Flash用來(lái)存儲(chǔ)一些用戶配置信息、電話本和其他信息。

2.3.3 TC35數(shù)據(jù)接口

TC35 的數(shù)據(jù)輸入/輸出接口實(shí)際上是一個(gè)串行異步收發(fā)器，它符合ITU-TRS232 接口標(biāo)準(zhǔn)，它有固定的參數(shù)：8位數(shù)據(jù)位和1位停止位，無(wú)校驗(yàn)位，波特率在300bpS-115kbpS之間可選，硬件握手信號(hào)用RTS0/CTS0，軟件流量控制用XON/XOFF，CMOS電平，支持標(biāo)準(zhǔn)的AT命令集。通過(guò)這一接口可以用AT命令切換操作模式，可以使它處于語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、短消息或傳真模式。

2.3 警報(bào)觸發(fā)按鈕防誤觸功能的實(shí)現(xiàn)

警報(bào)觸發(fā)按鈕的觸發(fā)需要特定的動(dòng)作，需要對(duì)按鈕進(jìn)行三次及以上連續(xù)按下，并且連續(xù)按下的時(shí)間間隔不能超過(guò)0.5s，才能觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)，有效防止誤觸情況的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

基于GPS定位數(shù)據(jù)的出行端點(diǎn)推斷

期刊論文] 《吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版）》 ISTIC EI PKU -2016年3期肖光年雋志才高晶鑫XIAO Guang-nianJUANZhi-caiGAO Jing-xin

車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)中GPS定位與道路匹配方法研究 （被引用 70 次）

[期刊論文]《武漢測(cè)繪科技大學(xué)學(xué)報(bào)》 ISTIC EI PKU -2000年3期王密郭丙軒雷霆李德仁WANG MiGUOBingxuanLEITingLIDeren

作者簡(jiǎn)介：

林呂明（1996.01.21-）男，漢族，身份證號(hào)：350403199601210014，本科生，福建省龍巖市，研究方向：地理信息科學(xué)

武斌（1995.07.21）男，漢，身份證號(hào)：411481199507214533，本科生，河南省永城市，研究方向：地理信息科學(xué)endprint