基于GPS/GSM技術(shù)的防丟老人鞋的設(shè)計(jì)

李沛嶸 王 哲

0 引言

隨著人們工作節(jié)奏的加快，很多老年人難以得到子女與家人及時(shí)的照顧，而且近年來老年人在外出時(shí)發(fā)生走失的情況時(shí)候發(fā)生[1,2]。于是，如何保證老年人出行安全的問題已成為大家關(guān)注的社會(huì)熱點(diǎn)[3]。針對(duì)這一問題，本文利用GPS定位技術(shù)，實(shí)時(shí)掌握老人出現(xiàn)的位置信息，通過GSM通信系統(tǒng)，將老人實(shí)時(shí)的位置信息發(fā)送給使用者，為老年人出行安全保駕護(hù)航。此外，對(duì)日常出現(xiàn)地點(diǎn)通過安全圍欄技術(shù)進(jìn)行標(biāo)識(shí)，智能預(yù)警老人的出行情況，進(jìn)一步保證老年人的出行安全。

圖1 系統(tǒng)信息流程

1 系統(tǒng)構(gòu)成與信息流程

為了老人出行的安全考慮，本文設(shè)計(jì)一款智能鞋，使用者可以隨時(shí)隨地掌握老人的位置信息。將一個(gè)GPS定位模塊、GSM通信模塊、主控模塊、電源模塊以及其他電路集成在鞋底部分。利用GPS模塊接收地理位置信息，主控單片機(jī)將篩選出來的GPS經(jīng)緯度信息通過GSM模塊短信通知監(jiān)護(hù)人。實(shí)現(xiàn)使用者手機(jī)端對(duì)老人出行進(jìn)行跟蹤和監(jiān)護(hù)。整個(gè)信息流程如圖1所示。

2 硬件設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)的硬件主要包括電源模塊、GPS模塊、主控模塊以及GSM模塊組成。主控模塊采用由TI公司生產(chǎn)的超低功耗MSP430系列單片機(jī)，該單片機(jī)廣泛應(yīng)用于可穿戴設(shè)備上，且片內(nèi)資源豐富，完全滿足設(shè)計(jì)要求。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 硬件結(jié)構(gòu)

2.1 GPS模塊

本文采用型號(hào)為GR-87的GPS模塊，該模塊封裝小，體積僅為25×25×2mm，非常適合穿戴式產(chǎn)品使用。最多可同時(shí)接收20個(gè)衛(wèi)星，定位速度快且定位精度高。模塊與MSP430單片機(jī)的接口包括電源輸入口和數(shù)據(jù)傳輸接口，接口方便、簡(jiǎn)單。所設(shè)計(jì)的電路如圖3所示。其中LED腳為指示燈，顯示是否接收到衛(wèi)星信號(hào)，NON腳不接，GPSTX與GPSRX為與單片機(jī)的串口數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。

圖3 GPS模塊及接口電路

2.2 GSM模塊

TC35i的數(shù)據(jù)接口(CMOS電平)通過AT命令可雙向傳輸指令和數(shù)據(jù)，它支持Text和PDU 格式的SMS(短消息)。GSM模塊接口電路如圖3所示。

GSM模塊主要作用是將老人的實(shí)時(shí)位置信息傳遞給使用者或者是老人的家人。本文采用德國(guó)SIEMENS生產(chǎn)的型號(hào)為TC35i的GSM模塊。該模塊工作在GSM900和GSMl800雙頻段，并且支持中文短消息的發(fā)送。通過AT命令可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和指令的雙向傳輸，并且支持文本和PDU格式的短消息。需要注意的是，單片機(jī)的TTL電平與GAM模塊的COMS電平直接需要通過MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片，才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。所設(shè)計(jì)的GSM模塊接口電路如圖4所示。

圖4 GSM模塊接口電路

2.3 串口擴(kuò)展模塊

為了系統(tǒng)能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)GSM數(shù)據(jù)和GPS數(shù)據(jù)的收發(fā)操作，需要擴(kuò)展系統(tǒng)的串口。目前，通用的串口擴(kuò)展主要有軟件和硬件兩種實(shí)現(xiàn)方法。軟件實(shí)現(xiàn)存在著通信頻率低和采樣次數(shù)少的問題。因此，本文選用國(guó)騰電子生產(chǎn)的GM8123芯片實(shí)現(xiàn)硬件的串口擴(kuò)展。該芯片具有使用簡(jiǎn)單、抗干擾性強(qiáng)、波特率高等特點(diǎn)。所設(shè)計(jì)的串口擴(kuò)展硬件接口電路如圖5所示。

圖5 串口擴(kuò)展接口電路

3 結(jié)束語

針對(duì)老人在外出過程中易丟失的現(xiàn)象，保障老人的安全出行，本文設(shè)計(jì)一款基于GPS/GSM技術(shù)的防丟老人鞋。該智能鞋將GPS定位芯片安裝于鞋內(nèi)，實(shí)現(xiàn)老人位置的精確定位，通過GSM通信網(wǎng)絡(luò)，使得使用者隨時(shí)隨地掌握老人的行為信息。同時(shí)能夠日常出行軌跡的記錄功能，在偏離日常出現(xiàn)路線后，及時(shí)推送偏離預(yù)警信息。從而防止老人走失情況的發(fā)生。