基于Android與單片機(jī)的軍用重要物資位置監(jiān)控系統(tǒng)

姚剛 孫濤 桑德一 洪貝

摘要：為了加強(qiáng)軍用重要物資及資料監(jiān)管，以在發(fā)生盜竊事故時能夠追蹤其下落，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一款軍隊(duì)重要物資位置監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)由平板安卓端和單片機(jī)端組成，其中單片機(jī)端包括STC89C52芯片、GPS模塊、GSM模塊以及藍(lán)牙模塊。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)物品遠(yuǎn)近距離結(jié)合的物資位置管理功能：在近距離用藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，在遠(yuǎn)距離利用GPS發(fā)送定位信息。結(jié)果表明，系統(tǒng)能正常運(yùn)行，在物資丟失時能收到正確的坐標(biāo)信息并顯示在APP中，對于軍隊(duì)重要物資和資料監(jiān)管具有實(shí)用價值。

關(guān)鍵詞：位置監(jiān)控;單片機(jī);藍(lán)牙;GPS

DOI：10.11907/rjdk.191545開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

中圖分類號：TP319文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-7800（2019）010-0121-04

0引言

目前，軍用重要物資和資料監(jiān)管主要依靠人工統(tǒng)計(jì)和判斷，無法實(shí)時掌握物資位置信息，并且在物資丟失后只能通過事后監(jiān)控的方式查找。便攜式位置監(jiān)控系統(tǒng)大致分為兩種：一種以無線技術(shù)為核心，另一種則以定位技術(shù)為核心，其中定位技術(shù)又分為GPS定位系統(tǒng)和北斗定位系統(tǒng)兩大陣營。文獻(xiàn)[1]和文獻(xiàn)[2]利用5l單片機(jī)和nRF24L01實(shí)現(xiàn)了近距離位置監(jiān)控，對于遠(yuǎn)距離監(jiān)控并未涉及;文獻(xiàn)[3]和文獻(xiàn)[4]使用安卓手機(jī)和藍(lán)牙完成物品防丟失設(shè)計(jì);文獻(xiàn)[5]借助GPS和GPRS完成了對車輛信息的遠(yuǎn)程監(jiān)控;文獻(xiàn)[6]采用Wifi技術(shù)對室內(nèi)物品位置進(jìn)行監(jiān)控。上述研究只針對近程或遠(yuǎn)程監(jiān)控，而遠(yuǎn)近距離監(jiān)控相結(jié)合的研究并未涉及。

為了實(shí)現(xiàn)物品遠(yuǎn)近距離無縫結(jié)合管理，設(shè)計(jì)了軍隊(duì)重要物資位置監(jiān)控系統(tǒng)。設(shè)計(jì)系統(tǒng)時考慮其覆蓋范圍、用戶體驗(yàn)、位置數(shù)據(jù)傳輸即時性、定位準(zhǔn)確性以及操作便捷性等要求，分別選擇藍(lán)牙和GPS作為近距離和遠(yuǎn)距離監(jiān)控手段。

1系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)基于S7C89C52單片機(jī)、Keil C及App Inventor開發(fā)，將單片機(jī)端與安卓端以藍(lán)牙方式連接。當(dāng)兩個終端間距離超過藍(lán)牙連接范圍，即藍(lán)牙連接斷開，安卓端的APP偵測不到藍(lán)牙信號，則觸發(fā)APP報(bào)警程序;同時，單片機(jī)端的GPS模塊開始接收衛(wèi)星信號，主板芯片對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，交由GSM模塊以短信方式發(fā)送至安卓端，APP讀取短信內(nèi)容，并將坐標(biāo)信息顯示于界面，使用戶能即時掌握物資位置信息。位置監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

2系統(tǒng)硬件分析

2.1系統(tǒng)硬件總體架構(gòu)

系統(tǒng)核心部件是STC公司生產(chǎn)的STC89C52芯片，以此作為位置監(jiān)控系統(tǒng)的控制中樞及數(shù)據(jù)處理中心。以STC89C52芯片為基礎(chǔ)，加上GPS模塊、GSM模塊以及藍(lán)牙模塊等外圍器件實(shí)現(xiàn)整體設(shè)計(jì)。

軍隊(duì)重要物資位置監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示，在整個硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架下，STC公司生產(chǎn)的STC89C52作為主控芯片，同時包括GPS模塊、GSM模塊、藍(lán)牙模塊以及電源模塊等。系統(tǒng)主要有報(bào)警和追蹤兩大功能：報(bào)警功能主要依靠安卓端的APP，設(shè)定APP檢測到藍(lán)牙斷開，立即觸發(fā)報(bào)警響鈴;追蹤功能是在實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能后，在單片機(jī)端，主控芯片控制GPS模塊接收衛(wèi)星信號，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過GSM模塊發(fā)送到安卓端，以實(shí)現(xiàn)追蹤功能。

2.2硬件電路

整個硬件系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)如圖3所示。各部分主要功能如下：

STC89C52主芯片：STC公司生產(chǎn)的STC89C52芯片具備低功耗、高性能等優(yōu)點(diǎn)，是CMOS8位微控制器，配設(shè)的Flash存儲器為8K字節(jié)且允許系統(tǒng)編程。STC89C52芯片是單片機(jī)端的核心，負(fù)責(zé)藍(lán)牙連接處理、GPS信息處理及發(fā)送。

GPS模塊：快速準(zhǔn)確地獲取坐標(biāo)信息。

GSM模塊：實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和安卓端間的數(shù)據(jù)傳輸，采用SIMCOM公司生產(chǎn)的SIM800L芯片。GPS模塊的主要功能是將接收到的衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的NMEA0183協(xié)議格式，之后通過串口將協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸給微控器進(jìn)行解析。

藍(lán)牙模塊：實(shí)現(xiàn)與安卓端程序的近距離連接。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)制作的硬件系統(tǒng)如圖4所示。

3系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

3.1程序總體流程設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括安卓端APP程序設(shè)計(jì)和單片機(jī)端C程序設(shè)計(jì)兩大部分。安卓端程序有兩大功能：一是負(fù)責(zé)檢測藍(lán)牙信號連接是否正常，出現(xiàn)異常即時報(bào)警;二是讀取手機(jī)短信，將接收到的坐標(biāo)顯示在APP中。

單片機(jī)端程序主要功能有：負(fù)責(zé)檢測藍(lán)牙信號是否正常連接、啟動GPS模塊進(jìn)行位置信號接收、主控芯片對接收到的GPS信號進(jìn)行解析和數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、發(fā)送GSM模塊的SMS短信至安卓端。

系統(tǒng)運(yùn)行整體流程是安卓端APP檢測藍(lán)牙連接信號是否正常，發(fā)生異常則報(bào)警，并讀取短信內(nèi)容，顯示坐標(biāo);單片機(jī)端檢測藍(lán)牙連接信號是否正常，如果發(fā)生異常，則接收GPS信號，將數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化后，通過GSM模塊發(fā)送SMS短信至安卓端。具體流程如圖5所示。

3.2安卓端程序設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)交互，在界面中設(shè)“手動”和“斷開”兩個按鈕。其中，“斷開”按鈕功能是在藍(lán)牙連接正常的情況下人為控制斷開藍(lán)牙連接，以觸發(fā)單片機(jī)端的GPS信號接收及GSM短信發(fā)送;“手動”按鈕則是調(diào)用警報(bào)聲，測試APP能否正常報(bào)警。整體布局如圖6所示。

3.3單片機(jī)端程序設(shè)計(jì)

單片機(jī)數(shù)據(jù)發(fā)送流程如圖7所示。

4系統(tǒng)測試

測試時，將安卓端的藍(lán)牙與單片機(jī)端藍(lán)牙連接，APP中“請連接”字樣轉(zhuǎn)變?yōu)椤斑B接成功！”字樣，表明藍(lán)牙連接成功。等待1分鐘左右，單片機(jī)端的GPS模塊及藍(lán)牙模塊處于穩(wěn)定狀態(tài)，指示燈穩(wěn)定閃爍或者常亮。將單片機(jī)端所有設(shè)備一同帶離現(xiàn)場，至開闊地域，使得單片機(jī)端和安卓端的藍(lán)牙連接斷開，此時在安卓端聽到刺耳的報(bào)警聲，“連接成功”字樣轉(zhuǎn)變成“請連接”字樣。在等待數(shù)秒后，安卓端接收到單片機(jī)端發(fā)送過來的短信，并成功讀取顯示在APP中央定制區(qū)域。

5結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的軍隊(duì)重要物資位置監(jiān)控系統(tǒng)，不僅能夠即時提供丟失報(bào)警服務(wù)，還能在發(fā)現(xiàn)物資丟失后的第一時間準(zhǔn)確追蹤到物資位置，為物資安全提供強(qiáng)有力的保障。但從整體看仍然存在諸多問題，例如硬件系統(tǒng)體積較大，在惡劣環(huán)境中難以生存，同時連接數(shù)量有限等，需繼續(xù)優(yōu)化完善。