基于單片機應(yīng)用的智能拐杖設(shè)計

蔣逸飛 武汝劍 朱國杰 吳勇國

摘 要：單片機已經(jīng)滲入人們生活的各個領(lǐng)域，很難找到哪些領(lǐng)域沒有單片機的痕跡。文章中設(shè)計的智能拐杖系統(tǒng)是由主控制器模塊、GSM模塊、SIM900A電路、GPS模塊電路、液晶顯示模塊、電源模塊組成的一個基于MSP430F149單片機，結(jié)合固定電話或移動通信的系統(tǒng)。通過手機短信可以查詢到老人現(xiàn)在所處的位置，同時設(shè)備也可以做到實時顯示定位，并且通過GSM技術(shù)將信息傳輸給主控制器，進行信息處理，做出正確的判斷。

關(guān)鍵詞：MSP430單片機；GSM；GPS；LCD1602；短信傳輸

中國從1999年開始，進入了老齡社會。中國政府高度重視和解決人口老齡化問題，積極發(fā)展老齡事業(yè)。然而，中國的人口老齡化問題所造成影響正在逐步體現(xiàn)出來。例如，老年人會因身體原因而摔倒，以及走失等一些問題。在大多數(shù)城市，每天各街道派出所都會接到老人走失的報警電話。此問題一方面花費了大量的人力物力，另一方面也對老年人的健康有著一定的影響。因此，本文提出了一個防走失拐杖的課題。圍繞此課題國內(nèi)外尚沒有成體系的理論，但有許多類似的理論和成果，并且已經(jīng)應(yīng)用到實際生活當(dāng)中去。進行這次課程設(shè)計的目的是希望能設(shè)計出一套比較完善的設(shè)計方案。

1 系統(tǒng)的功能分析及體系結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本設(shè)計的核心為單片機。除此之外，各有3個輸入輸出模塊。輸入模塊包含：電源以及降壓電路，按鍵電路，GPS模塊。輸出模塊包含GSM模塊、LCD液晶顯示模塊、LED燈電路（見圖1）。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計思路及功能

本產(chǎn)品主要通過GPS模塊來實現(xiàn)定位功能，通過GSM模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能，通過液晶顯示模塊來實現(xiàn)位置信息的顯示，并通過電源對整個系統(tǒng)進行供電。初步確定的工作流程大致如下：在電源開關(guān)打開之后，液晶顯示屏上顯示經(jīng)緯度信息，發(fā)送短信到指定的SIM卡上之后，可以得到實時的經(jīng)緯度信息的回復(fù)短信。本設(shè)計中，整個電路由GPS芯片接收衛(wèi)星發(fā)出的經(jīng)緯度信息，經(jīng)過處理器處理顯示在LCD顯示屏上。當(dāng)接收到短信的信號時，將經(jīng)緯度信息發(fā)送到發(fā)短信的手機上。

2 硬件電路的設(shè)計

2.1 主控芯片的設(shè)計

基于MSP430F149具有精簡指令集、超低功耗，可靠性高、功耗低、擴展靈活、體積小、價格低和使用方便等優(yōu)點，我們選擇此型號的單片機作為此設(shè)計的核心板[1]。在系統(tǒng)中共有1種活動模式（Activity Mode，AM）和5種低功耗模式（LPM 0～LPM 4）。在等待方式下，耗電為 0.7 μA，在節(jié)電方式下，最低可達 0.1 μA 。本設(shè)計中需要外接的5 V移動電源進行供電，因此，基于MSP430f149超低功耗的特點，我們選用此芯片作為CPU部分，旨在使產(chǎn)品可以長時間地穩(wěn)定工作。同時，基于MSP430的擁有通信模塊寄存器，我們可以以此來實現(xiàn)GSM短信通信電路。

2.2 GSM模塊電路

本系統(tǒng)選擇SIM800A模塊實現(xiàn)對系統(tǒng)的遠(yuǎn)程短信信息交互。SIM800A是一款GSM/GPRS模塊，為SMT封裝。其主要的特點：性能穩(wěn)定，外觀小巧，性價比高，只要插上SIM卡即可使用[2]?；谝陨系奶攸c，該GSM模塊使用起來非常的便捷。SIM800A工作頻率為GSM/GPRS 900/1 800 MHz，可以低功耗實現(xiàn)語音、SMS和數(shù)據(jù)信息的傳輸。SIM800A尺寸為24 mm×24 mm×3 mm，能適用于各種緊湊型產(chǎn)品設(shè)計需求。在此產(chǎn)品中，將單片機采集并處理后的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)通過UART端口傳送到GSM模塊，而后便可以發(fā)送到特定的手機號碼。

2.3 GPS模塊電路設(shè)計

本系統(tǒng)選擇NEO-6M GPS模塊對位置信息的獲取。BLOX-NEO-6M-0-001有50個通道的u-blox引擎，一百多萬個有效相關(guān)器，熱啟動和輔助啟動首次定位時間小于1 s[3]。-162 dBm的SuperSense捕獲和跟蹤靈敏度，具備KickStart功能，信號微弱時可實現(xiàn)加速啟動。支持AssistNow Online和AssistNow Offline等A-GPS服務(wù)。該型號的GPS模塊還包含了一個天線的部分。通過天線來接收衛(wèi)星的信號，并加以處理來實現(xiàn)定位功能。此模塊在工作時，天線必須沒有遮擋。否則有可能會出現(xiàn)定位不成功或者是定位不準(zhǔn)確的情況。

2.4 LCD1602顯示設(shè)計

我們的設(shè)計是要求本設(shè)計能實現(xiàn)在液晶屏幕上顯示經(jīng)緯度的功能。因此，選擇1602型號的液晶。LCD1602液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制，即可以顯示出圖形。相對于12864液晶，1602型號的液晶更加小巧，比較符合產(chǎn)品本身使用靈活簡便的特點。在本設(shè)計中，將液晶的引腳同主芯片的引腳對應(yīng)相連，通過液晶驅(qū)動程序加以顯示，如圖2所示。

3 軟件設(shè)計

本設(shè)計用C語言作為匯編語言[4-5]。正常情況下，該設(shè)備處于待機狀態(tài)。當(dāng)接收到短信時，指示燈閃爍，單片機執(zhí)行中斷程序，將接收到的衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)化為定位信息，轉(zhuǎn)換完畢后將定位信息返回給單片機。MSP430F149將此信息通過GSM模塊以短信發(fā)送給特定手機。本設(shè)計中，液晶模塊每隔10 ms進行一次數(shù)據(jù)更新，將接收到的最新的GPS信號輸出在LCD1602屏幕上。

4 結(jié)語

在當(dāng)下飛速發(fā)展的時代中，智能化以及物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將是一種必然趨勢，該防走失拐杖用智能的手段很好地解決了老人走失的問題，針對日益嚴(yán)重的人口老齡化現(xiàn)象，做出了較好的應(yīng)對方案。

[參考文獻]

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[3]趙小蘭，胡征，王培坤，等.多功能自行車碼表設(shè)計[J].電子測試，2013（10）：1-2.

[4]鄭人杰.計算機軟件測試技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1992.

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