隱蔽式兒童看管裝置的研究及應用

崔相龍 趙建偉

(德州學院機電工程學院,山東 德州 253023)

兒童失蹤讓許多家庭幾乎崩潰,按照不同的統(tǒng)計數(shù)字,中國每年的失蹤兒童不完全統(tǒng)計有20萬人左右,找回來的大概只占到0.1%[2]。隨著科技的進步,為滿足家長呵護孩子的需求,各種智能兒童安全定位裝置紛紛涌現(xiàn)。從兒童定位手機發(fā)展到風靡全球的兒童定位手表,可以實現(xiàn)目標定位、遠程監(jiān)護、撥打電話等功能,成為家長的首選裝備。但現(xiàn)有的兒童安全定位裝置存在目標明顯、待機時間短、易于損壞等缺點;

為解決上述問題,設(shè)計了隱蔽式兒童看管裝置,裝置安裝在一只玩具小貓內(nèi),小貓的眼睛為一鍵求救鍵,鼻子為麥克風,將定位裝置隱蔽于玩具內(nèi),具有極大的隱蔽性。由于玩具體積較大,可以安裝大容量電池,可以極大的延長待機時間,并且,在兒童玩耍運動時,玩具內(nèi)的毛絨可以保護裝置不被磕碰損壞。

1 總體設(shè)計方案

裝置由上位機軟件和下位機兩部分組成。上位機軟件安裝在家長的手機、PDA、電腦等終端上,可以隨時查看兒童的位置信息。下位機由GPS、GSM/GPRS等模塊組成,包裹于毛絨玩具內(nèi),作為定位及追蹤對象,由兒童隨身攜帶。

1.1 圍欄功能

實現(xiàn)對兒童當前位置的精確定位,系統(tǒng)采用GPS模塊獲得當前位置的經(jīng)緯度數(shù)據(jù),然后由微控制器通過GSM/GPRS模塊將經(jīng)緯度數(shù)據(jù)發(fā)送給手機終端,手機終端將獲得的數(shù)據(jù)與參考點相比較,即可獲得兒童的當前位置。家長可以設(shè)置兒童的活動范圍,終端將得到的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)與圓心的經(jīng)緯度相比較,如果距離超出設(shè)定活動范圍的半徑,則進行響鈴報警,以便家長及時處理。圍欄功能的開啟和關(guān)閉都可以通過手機軟件來實現(xiàn),超智能、超人性化設(shè)計。

1.2 定位功能

裝上手機卡通電就可定位,利用下位機的GPS模塊、GSM模塊,家長可實時的通過手機短信發(fā)送“123”到下位機,下位機接收到短信后,GPS出兒童所在的位置,通過GSM模塊向家長的手機上發(fā)送兒童位置信息的短信,實現(xiàn)定位功能。全國定位無死角,時時刻刻定位跟蹤。

1.3 報警功能

實時的斷電報警,當兒童佩戴的裝置上原電池拆下,下位機上的GSM模塊會馬上給家長手機發(fā)送斷電報警短信,并且附帶此時兒童的實時位置信息,避免安全隱患的發(fā)生。

2 單元設(shè)計方案

2.1 GPS定位設(shè)計

GPS全球定位系統(tǒng)是美國國防部為了滿足軍事部門對海上、陸地和空中運動載體進行高精度導航和定位要求而建立的,其最高定位精度可達毫米級。

系統(tǒng)設(shè)計的GPS定位模塊,采用模塊核心采用UBLOX公司的NEO-6M模組,具有50個通道,追蹤靈敏度高達-161dBm,測量輸出頻率最高可達5Hz。NEO-6M模塊通過串行口連接到微控制器,微控制器向模塊發(fā)送相應的控制命令,就可以設(shè)置NEO-6M模塊的各種參數(shù),以及讀取經(jīng)緯度數(shù)據(jù)。一般正常情況下的GPS模塊只需要30多秒鐘就能正常定位(這就是冷啟動),NEO-6M模塊具有內(nèi)置紐扣電池,可以將星歷數(shù)據(jù)存儲在模塊內(nèi)部,當下次模塊工作的時候可以很快速的定位,一般像NEO-6M模塊只需要1~3秒就可以實現(xiàn)新的定位,那這種定位就叫做熱啟動,如果模塊斷電時間超過4小時,內(nèi)部RTC沒有實時供電,那么再一次的開機也相當于冷啟動。然后獲取定位數(shù)據(jù),NEO-6M模塊進行工作。

2.2 GSM/GPRS通信設(shè)計

系統(tǒng)采用 SIMCOM公司的工業(yè)級雙頻 GSM/GPRS模塊SIM900A,可以低功耗實現(xiàn)語音、短信、數(shù)據(jù)和傳真信息的傳輸。 GSM/GPRS模塊與微控制器通過串口的方式連接,通訊的最高速率可達115200bit/s,GSM/GPRS模塊與SIM卡之間通過SIM-CLK和SIMDATA信號線進行數(shù)據(jù)通信。系統(tǒng)設(shè)計的GSM/GPRS模塊中,微控制器通過串行口向SIM900A發(fā)送不同的AT指令,來實現(xiàn)對SIM900A的狀態(tài)設(shè)置,以及信息的發(fā)送和讀取。

通過手機等終端設(shè)置兒童的活動圓心和半徑,當獲得兒童當前位置的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)后,終端將得到的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)與參考點的經(jīng)緯度相比較,可以得到兒童當前位置與圓心的距離D。如果距離D超出設(shè)定活動范圍的半徑,則進行響鈴報警,以便家長及時處理。

3 結(jié)束語

隱蔽式兒童看管裝置設(shè)計簡單,毛絨包裹,防震,防摔,壽命長。由于體積小,便于隱藏,隱蔽性好,在很大程度保證了孩子的安全,符合家長們各方面的需求,具有良好的市場前景。

[1]謝雪婷. 基于GPS/GSM的老人兒童定位監(jiān)護系統(tǒng)的軟件設(shè)計[D].蘇州大學,2013.

[2]洪文進. 面向智能化的兒童近場定位安全服裝研究[D].江南大學,2014.