Android系統(tǒng)中GPS定位監(jiān)護系統(tǒng)的設(shè)計

張燕++吳玲++林建波

摘 要：為了讓家長及時獲悉兒童所處的位置，防止兒童走失，開發(fā)了一套智慧定位監(jiān)護系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用GPS模塊設(shè)計實現(xiàn)了定位跟蹤，用于實時匯報兒童的位置信息，采用短消息（SMS）模塊實現(xiàn)位置信息共享和緊急報警功能。在此基礎(chǔ)上，基于Android平臺開發(fā)了該系統(tǒng)的應(yīng)用軟件以方便查看地圖信息。文中對各模塊的功能和界面實現(xiàn)進行了詳細分析。經(jīng)實驗測試，該系統(tǒng)能夠用Android手機實時準確地進行定位監(jiān)控，遠程報警，具有及時有效、操作簡便、穩(wěn)定性好的優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：GPS；Android；兒童防丟失；短信息模塊

中圖分類號：TP228.4 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）11-00-03

0 引 言

由于社會的復(fù)雜性及較快的生活節(jié)奏，兒童走失和被拐賣事件時有發(fā)生，這種現(xiàn)象深深刺痛了我們的心。全球定位系統(tǒng)的快速發(fā)展和應(yīng)用在預(yù)防兒童丟失方面起到了很好的作用。全球定位系統(tǒng)簡稱GPS[1]，由美國于1994年建成并投入使用，該系統(tǒng)通過接收導(dǎo)航衛(wèi)星信號實現(xiàn)了全球覆蓋、全天候、連續(xù)實時提供高精度的非自主式導(dǎo)航與定位，很好地解決了導(dǎo)航和定位問題[2]。在軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，市場上已有許多基于GPS技術(shù)的產(chǎn)品如車載導(dǎo)航系統(tǒng)、GPS手持式用戶機等，為用戶的工作和日常生活帶來了極大的便利。

GPS的基本定位原理是：衛(wèi)星不間斷地發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時間信息，用戶接收到這些信息后，經(jīng)過計算求出接收機的三維位置、三維方向以及運動速度和時間信息。事實上，接收機往往可以鎖住4顆以上的衛(wèi)星，這時接收機可按衛(wèi)星的星座分布分成若干組，每組4 顆，然后通過算法挑選出誤差最小的一組用作定位，從而提高精度[3]。

本文以防止兒童丟失為背景，研究GPS技術(shù)在便攜式佩戴設(shè)備中的應(yīng)用，通過Andriod系統(tǒng)實現(xiàn)手機App的開發(fā)，幫助家長隨時遠程掌握兒童的位置信息。

1 總體方案設(shè)計

該智慧定位監(jiān)護系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。該系統(tǒng)的主要模塊構(gòu)成及功能如下所示：

（1）MCU主控制模塊采用MSP430芯片實現(xiàn)對人機接口的控制以及對接收到的衛(wèi)星信號進行處理；

（2）在室外GPS信號接收良好時，GPS模塊實現(xiàn)對衛(wèi)星信號的接收，并傳輸?shù)轿⒖刂菩酒琈SP430f149；

（3）在室內(nèi)，衛(wèi)星信號接收能力較差時，采用GPRS模塊SIM900a基站定位方式，獲得定位坐標并傳輸?shù)街骺刂破鳎?/p>

（4）在緊急情況下可以向家長手機發(fā)送求助信息。

此外，該系統(tǒng)還開發(fā)了基于Android手機的App，便于家長隨時以地圖的形式查看孩子的位置。

2 主控制模塊設(shè)計

系統(tǒng)主控制器采用MSP430芯片，該芯片外圍硬件資源豐富，數(shù)據(jù)處理速度快，功耗遠低于其它系列產(chǎn)品[2]，在便攜式設(shè)備的開發(fā)中應(yīng)用廣泛。在本設(shè)計中MSP430與GPS接收模塊相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，并控制液晶顯示芯片LCD5110以實現(xiàn)位置和時間信息的顯示。在本設(shè)計中采用獨立式按鍵以實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)置和緊急求助功能。主控芯片MSP430電路圖如圖2所示。

3 GPS信號接收模塊設(shè)計

GPS接收模塊采用高性能的NEO-6M模組，具有50個通道，模塊自帶高性能無源陶瓷天線，追蹤靈敏度高，兼容3.3 V/5 V電平，可以直接與單片機連接，連接圖如圖3所示。GPS模塊的RXD、TXD引腳分別與MSP430芯片的P3.4、P3.5引腳相連，實現(xiàn)定位信息的串行輸出，且該GPS芯片自帶串行接口引腳SCL、SDA，可與存儲器連接，對定位信息進行保存。其硬件電路如圖3所示。

GPS接收模塊在某一時刻接收到4顆以上的GPS衛(wèi)星信號導(dǎo)航電文，采用NMEA-0183協(xié)議計算定位數(shù)據(jù)的輸出格式為ASCII碼字符串，該格式稱為幀，比較直觀且易于處理，在許多高級語言中都可以直接進行判別、分離，提取用戶所需要的數(shù)據(jù)[4]。其格式形如：$aaccc，ddd，ddd，…，ddd*hh（CR）（LF）。

（1） $：幀命令起始位。

（2） aaccc：地址域，前兩位為識別符，后三位是語句名。

（3） ddd，…，ddd：數(shù)據(jù)。

（4） *：校驗和前綴，也可以作為語句數(shù)據(jù)結(jié)束的標志。

（5） hh：校驗和，$與*之間所有字符ASCII碼的校驗和。

（6）（CR）（LF）：幀結(jié)束，回車和換行符。

NMEA-0183常用命令行如表1所列。

4 GPRS遠程通信模塊設(shè)計

本定位監(jiān)護系統(tǒng)為了實現(xiàn)實時、靈敏的定位目標，當位于室內(nèi)時衛(wèi)星信號微弱，可采用GPRS網(wǎng)絡(luò)進行位置信息的遠程傳輸。選用一款性能強大的GSM/GPRS模塊芯片SIM900A，可以內(nèi)置用戶程序，連接SIM卡時可遠程發(fā)送位置信息和緊急求助信號。其硬件電路如圖4所示。

5 系統(tǒng)調(diào)試

根據(jù)上述電路圖，軟件部分采用C語言編程實現(xiàn)，系統(tǒng)初始化完成對各外圍芯片的參數(shù)設(shè)置，GPS信號的接收通過串行通信接口實現(xiàn)，并在微處理器中進行數(shù)據(jù)處理和定位信息的計算。系統(tǒng)流程圖如圖5所示。

通過實物的軟硬件聯(lián)合調(diào)試可實現(xiàn)GPS信號的接收和顯示，并在室內(nèi)采用GPRS技術(shù)進行基站定位，取得了良好的效果。根據(jù)文獻[5，6]在Andriod手機系統(tǒng)下開發(fā)了App軟件，顯示實時定位信息。實物調(diào)試圖如圖6所示。

6 結(jié) 語

該系統(tǒng)實現(xiàn)了如下幾項功能：

（1）采用低功耗控制器，提高了該定位系統(tǒng)的待機時間。

（2）在室外時采用GPS定位，定位準確；在室內(nèi)，當GPS信號接收能力較差時，系統(tǒng)切換至基站定位，因此本手環(huán)無論在室內(nèi)還是室外都能獲得良好的定位能力。

（3）方便監(jiān)管者監(jiān)護低功能及特殊人群，攜帶者遇到危險時也可及時發(fā)送求救信號，保障生命安全。

（4）產(chǎn)品適用范圍廣，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，稍加調(diào)整即可用于車輛、物體等的定位。

參考文獻

[1]崔妍.基于GPS的兒童實時定位監(jiān)護系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2012.

[2]肖振鋒，袁榮湘，鄧翔天，等.基于MSP430F169的遠程智能故障監(jiān)測器[J].電力自動化設(shè)備，2013，33（1）：160-164.

[3]吳東東，朱蘇磊.基于單片機的GPS定位顯示設(shè)計[J].上海師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2016，45（1）：21-27.

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[7]杜永興，展鏢，李寶山，等.基于ZigBee和GPS的草原牛群監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2016，39（8）：138-141.