一種智能防走失系統(tǒng)的設計

楊 群 謝貴勇 李 月 陳傲君 薛 峰

（安徽師范大學皖江學院，安徽 蕪湖241008）

隨著社會的發(fā)展，兒童、老人等作為自我保護能力弱的群體受到廣泛的關注。我國是人口大國，老人、小孩數(shù)量眾多，截止2019 年末全國大陸總?cè)丝?40005 萬人，其中，65 周歲及以上17603 萬人，新出生人口1465 萬人。全國每年有大量的老人因智障等原因走丟，小孩因家長看管不嚴走丟或被人販子拐走，嚴重的威脅到該弱勢群體的人生安全。針對此問題，本文設計一種智能防走失系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有快速定位、精度高、實時性強、體積小以及應用范圍廣的特點。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

本次研究的智能防走失系統(tǒng)主要包含：單片機控制模塊、GPS 定位模塊、GSM 通信模塊、顯示模塊以及電源模塊五部分構(gòu)成。系統(tǒng)框圖如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

2 系統(tǒng)硬件設計

2.1 單片機最小系統(tǒng)

單片機最小控制系統(tǒng)包含單片機控制模塊、復位電路、晶振電路三個部分。為了滿足系統(tǒng)GPS、GSM 通訊要求，系統(tǒng)運行速度快、功耗低、抗干擾性強等特點，單片機控制模塊采用TC12C5A60S2 型單片機；為了減小系統(tǒng)誤差，提高精度，采用內(nèi)部時鐘，選擇振蕩頻率為11.0592MHz 的石英晶；為了系統(tǒng)正常初始化，防止程序運行導致死機，設置了復位功能。單片機最小系統(tǒng)如圖2 所示。

2.2 GPS 定位模塊

GPS 定位模塊主要任務是定位。為了滿足實際生活中對系統(tǒng)的體積小、精度高的要求，GPS 定位模塊采用UBLOX NEO-6M 定位芯片，該芯片不僅能接收GPS 信號而且可以對GPS 信號放大處理，同時提供豐富的外圍接口。GPS 定位模塊中的UBLOX NEO-6M 芯片TXD1、RXD1 分別通過510 歐姆的電阻與主控芯片TC12C5A60S2 的P1.2（RXD2）、P1.3（TXD2）接口相連接。GPS 定位原理圖如圖3 所示。

圖2 單片機最小系統(tǒng)

圖3 GPS 定位原理圖

2.3 GSM 通信模塊

GSM 通信模塊主要完成單片機與用戶之間的通信，也是一個數(shù)據(jù)終端。綜合系統(tǒng)高效數(shù)據(jù)傳輸、語言通話、支持短信業(yè)務以及成本、體積，抗干擾性能等需要，采用華為GTM900-B 芯片實現(xiàn)通信任務。只要將GSM 模塊的TXD0、RXD0 引腳分別與主控芯片TC12C5A60S2 的P3.0（RXD）、P3.1（TXD）接口相連接，4個發(fā)光二極管指示模塊運行狀態(tài)。GSM 模塊原理圖如圖4 所示。

2.4 顯示模塊

顯示模塊主要顯示定位信息，本系統(tǒng)顯示模塊采用TFT 彩色液晶顯示器，通過并行通信方式實現(xiàn)與主控芯片TC12C5A60S2 的之間的通信，將主控芯片的P0 口與液晶屏的數(shù)據(jù)口相連，由P2 口進行液晶屏的控制，顯示原理圖如圖5 所示。

圖4 GSM 模塊原理圖

2.5 電源模塊

電源模塊主要是為系統(tǒng)各個模塊提供能量，本系統(tǒng)中不同模塊正常工作時所需電壓有三種，分別是5V、3.3V、4.2V，因此設計三種電源轉(zhuǎn)換電路。電源模塊首先通過電壓調(diào)節(jié)器LM2576 得到5V 電壓，再通過正電壓穩(wěn)壓器AS117-3.3 得到3.3V 電壓，其中D9 為5V 穩(wěn)壓管；采用MIC29302 芯片實現(xiàn)得到4.2V 電壓。5V 和3.3V 電路圖如6 所示，4.2V 電路圖如圖7所示。

圖5 顯示原理圖

圖6 5V、3.3V 電源電路

3 系統(tǒng)軟件設計

本系統(tǒng)的設計主要包括控制程序、GPS 定位程序、GSM 通信程序的設計。主控程序?qū)崿F(xiàn)對GSM 通信模塊控制，判斷是否有短信接收請求。如有短信接受請求，發(fā)出指令，控制GPS 定位模塊，采集GPS 位置信息，送回主控芯片，再通過GSM 通信模塊發(fā)送到手機上，并在顯示模塊中顯示。系統(tǒng)軟件設計流程圖如圖8 所示。

圖7 4.2V 電源電路

圖8 系統(tǒng)軟件設計流程圖

4 結(jié)論

通過對系統(tǒng)的測試運行，系統(tǒng)的穩(wěn)定性好，定位速度快，精度高，實現(xiàn)系統(tǒng)預先設定的功能。該系統(tǒng)通過手機發(fā)送定位請求，能快速、精確的定位，具有體積小、重量輕、功耗低、攜帶方便，有一定隱蔽性。該智能系統(tǒng)能快速失智老人走失以及兒童走失、拐賣所在位置，為老人、兒童等弱勢群體的出行提供了保障，具有廣泛的應用前景。