基于單片機防丟失設(shè)備的設(shè)計和實踐

劉育勝 宋鑫 李永樂 路婷 劉立群 王佳玉 薛飛

摘要：防止老人或者小孩走丟走失，還可以放在汽車里，利用GPS系統(tǒng)，設(shè)計實現(xiàn)了基于單片機的防丟失設(shè)備。設(shè)備利用液晶顯示屏顯示信息，并實時發(fā)送位置短信到手機傳輸當(dāng)前位置的緯度和經(jīng)度坐標，實現(xiàn)了定位與監(jiān)測功能。測試結(jié)果表明，利用該設(shè)備和手機可以同時觀察老人或小孩攜帶該設(shè)備時的定位信息。

關(guān)鍵詞：單片機; GPS 定位;緯度;經(jīng)度

中圖分類號： TP368.1? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）13-0237-04

Abstract： In order to prevent the old people or children from getting lost， this paper designs and implements the anti-loss equipment based on single chip microcomputer by using GPS system. The device uses LCD to display information， and sends SMS to mobile phone in real time to transmit the latitude and longitude coordinates of the current position， so as to realize the positioning and monitoring functions. The test results show that the location information of the elderly or children can be observed simultaneously by using the device and mobile phone.

Key words： MCU; GPS Positioning; latitude; longitude

為防止老人或者小孩走丟，隨時掌握老人所在的地點、時間等信息，也能幫助人們快速地找到自己的停放汽車等的位置，設(shè)計實現(xiàn)了基于單片機的防丟失設(shè)備。采用STC89C52單片機，采用LCD1602液晶屏，單片機與手機之間通過GSM短信模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，以短信的形式將檢測到的當(dāng)前位置的緯度和經(jīng)度坐標信息發(fā)送給手機，以便實時監(jiān)測老人或小孩和自己東西的位置。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1系統(tǒng)總體設(shè)計

以STC89C52為中央處理器，GPS模塊用采集數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機后，單片機根據(jù)定位計算公式得出當(dāng)前位置的經(jīng)緯度信息和時間信息。經(jīng)過LCD顯示器處理后得出和時間信息SIM800A模塊發(fā)送短信到設(shè)定的手機號上，將檢測到的經(jīng)緯度和時間信息展示在短信上。系統(tǒng)總體設(shè)計如圖1所示。

1.2系統(tǒng)設(shè)計原理

系統(tǒng)利用GPS模塊，采集觀察點到衛(wèi)星之間的距離，通過引腳串口將數(shù)值發(fā)送給單片機，單片機根據(jù)定位公式，計算出當(dāng)前所在位置的經(jīng)緯度坐標，單片機的串口連接到LCD1602液晶顯示屏上[1]。單片機循環(huán)檢測按鍵是否按下，當(dāng)檢測到按鍵按下時，單片機操控SIM900A發(fā)送給短信到指定的手機號17361527594上，發(fā)送的短信數(shù)據(jù)信息分別顯示出其緯度和經(jīng)度信息“N36d05m24s”和“E03d41m42s” [2]。系統(tǒng)流程圖如圖2所示。

1.3 GPS定位模塊

GPS模塊是集成了RF射頻芯片、基帶芯片和核心CPU，并加上相關(guān)外圍電路而組成的一個集成電路。GPS數(shù)據(jù)輸出格式采用標準的NMEA-0183標準，采集地理信息的速率為2秒/次，地圖坐標系為WGS-84坐標系。機器所用到的GPS模塊在定位系統(tǒng)中屬于用戶部分。我們通過運算每個衛(wèi)星之間的距離，采用距離交會法求出接收機的經(jīng)度、緯度、高度和時間，STC89C52單片機將GPS[3]模塊采集到的數(shù)據(jù)通過定位公式計算出用戶的經(jīng)緯度，通過通信模塊發(fā)送到預(yù)先指定的接收手機號上，該手機號是17361527594，中國電信卡，發(fā)送的內(nèi)容為：“當(dāng)前位置的緯度為：北緯36度05分23秒，經(jīng)度為：東經(jīng)103度41分42秒”。該位置是甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)11號樓231宿舍所在的經(jīng)緯度坐標。

1.4短信發(fā)送模塊

這個模塊插入中國移動卡，用來發(fā)送經(jīng)緯度數(shù)據(jù)信息，該移動SIM卡手機號是17899314036。其中GSM模塊通信[2]是和單片機的串口進行通信[4]，可以設(shè)置每隔多少時間進行一次發(fā)送短信。初始設(shè)置發(fā)送時間為1分鐘。

1.5 按鍵模塊

單片機的按鍵控制電路是由1個微動開關(guān)并聯(lián)組成的電路，按鍵的一段連接單片機的雙向I/O口，另一端接地。當(dāng)按鍵開關(guān)處于張開狀態(tài)時，I/O引腳和地斷開，此時該I/O引腳處于高電平狀態(tài)。當(dāng)按下按鍵時，I/O引腳接地，此時高電平置低電平，并返回一個低電平信號給單片機。按鍵開關(guān)的檢測其原理就是高低電平的檢測。

1.6 STC89C52單片機

STC89C52單片機是一款低功耗、高性能的微控制器，是STC公司早期生產(chǎn)用于工業(yè)控制的單片機。其作用是控制各種傳感器和外設(shè)，自行計算處理得到的數(shù)據(jù)和信號，并進行相應(yīng)的操作，在工業(yè)生產(chǎn)中起到大腦的作用。相比于日常生活中使用的電腦，單片機只能稱得上微小電路集成系統(tǒng)，能起到的作用非常有限，只能處理一些簡單的控制工作。單片機的應(yīng)用非常廣泛，絕大部分電器都是采用單片機進行控制，家里的大家電，比如冰箱、空調(diào)、洗衣機、電視機，小到遙控器、鼠標、鍵盤、鬧鐘。其里面都包含一個或者多個單片機。單片機廣泛應(yīng)用于儀表儀器，航空航天，家用電器和醫(yī)用設(shè)備上。智能設(shè)備的發(fā)展也非常依賴單片機，多樣化的傳感器對單片機也提出了一定的要求，故此越來越多的高級的單片機出現(xiàn)。

1.7單片機內(nèi)部電路

STC89C52單片機內(nèi)部構(gòu)成還是比較復(fù)雜的，雖然只是微型處理器，但是“麻雀雖小五臟俱全”，具有處理器所具有的基礎(chǔ)構(gòu)成。包括時鐘芯片，定時器，ROM，F(xiàn)LASH存儲器，RAM閃存器，32個I/O口，串口通信和中央處理器。從圖4單片機內(nèi)部電路圖可以得知，具有2個16位的定時器/計數(shù)器，2個串行輸入/輸出口，128字節(jié)的RAM，4K字節(jié)的ROM，64K總線擴展控制。CPU型號是8051，外部具有振蕩器及定時電路。

1.8 LCD1602液晶顯示電路

本次設(shè)計采用LCD1602液晶顯示器作為輸出顯示器，LCD1602液晶顯示器是一種工業(yè)字符型液晶，從其名稱中可以得知，顯示屏具有2行輸出，每行16個字符，能夠同時顯示16*2即32個字符。LCD1602液晶屏顯示利用液晶的特性，通過改變電壓達到控制區(qū)域顯示，最終顯示出想要的圖形或者數(shù)字。LCD1602液晶顯示屏不僅可以顯示數(shù)字，還可以顯示符號和字母。在和單片機進行通信時，和P0口進行連接，中間要有上拉電阻進行連接。本次設(shè)計LCD1602液晶顯示屏上展示檢測到的經(jīng)緯度和時間。其引腳連接圖如圖6所示：

2 系統(tǒng)調(diào)試與測試

開機進行測試，顯示初始化界面，15秒以后LCD1602液晶顯示器顯示“GPS INIT OK！”，GPS模塊與衛(wèi)星進行連接，圖7是連接好時的初始界面。然后將中國移動SIM卡插入設(shè)備，調(diào)試好進入主頁面，按下按鍵，單片機通過SIM900A模塊會將測得的緯度和經(jīng)度坐標發(fā)送短信到手機上，手機接收到短信，短信內(nèi)容是此時的緯度和經(jīng)度坐標[5]。圖8是開始計時每隔1分鐘向家人手機發(fā)送短信時手機接收到的第一條短信情形。實時發(fā)送的短信內(nèi)容中包含了當(dāng)時的緯度和經(jīng)度，如圖9所示。其中，“N36d05m24s”代表當(dāng)前位置的緯度為：北緯36度05分23秒。“E03d41m42s”代表當(dāng)前位置的經(jīng)度為：東經(jīng)103度41分42秒。圖10是把時間調(diào)整到每隔2分鐘給家人手機發(fā)送第一條短信[6]的情形;圖11是時間倒計時到44秒的情形。

測試結(jié)果表明，該設(shè)備完成了利用GPS系統(tǒng)實時定位的功能，并且可以實時發(fā)送經(jīng)緯度坐標信息到手機上進行監(jiān)測。

3 小結(jié)

基于單片機的防丟失設(shè)備是為防止老人或者小孩走丟走和方便找自己常用東西的位置而設(shè)計，利用GPS系統(tǒng)定位經(jīng)緯度坐標，利用LCD1602液晶顯示屏顯示信息，并實時發(fā)送短信到手機傳輸數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了定位功能。測試結(jié)果表明，利用該設(shè)備和手機可以同時觀察老人或小孩攜帶該設(shè)備時的定位信息，完成了利用GPS系統(tǒng)實時定位的功能，并且可以實時發(fā)送經(jīng)緯度坐標信息到手機上進行監(jiān)測[7]，防丟失系統(tǒng)功能十分強大，不管是大人小孩都可以使用，一些產(chǎn)品還具有SOS緊急求助、手電筒、摔倒報警等功能，實用性強;并且對老人的考慮十分周到，但此設(shè)計由于工作量大，僅具有位置經(jīng)緯度顯示、短信發(fā)送、GPS定位的功能。

參考文獻：

[1] 陳端迎.面向建筑工程設(shè)計院所的生產(chǎn)項目管理平臺研究與設(shè)計[J].軟件，2015，36（10）：108-110.

[2] 呂國策.SIM300C模塊的硬件電路設(shè)計及短信控制方式研究[J].科技資訊，2017，15（25）：9，11.

[3] 吳曉平.異軍突起的多方位、高精度空間大地測量技術(shù)——美國全球定位系統(tǒng)（GPS）研究進展[J].地殼形變與地震，1990，10（1）：42-45.

[4] 李潔，何軍.云計算操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)虛擬化模塊Neutron分析研究[J].軟件，2016，37（1）：21-23，27.

[5] 宗宇雷，呂品品，李珂，等.混合參數(shù)方法下的室內(nèi)無線定位技術(shù)綜述[J].軟件，2016，37（3）：62-66.

[6] 王明.基于實時流技術(shù)的詐騙短信預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].軟件，2015，36（1）：32-37.

[7] 張曉諾.基于Android的智能家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)APP設(shè)計與實現(xiàn)[J].軟件，2015，36（2）：77-79.

【通聯(lián)編輯：梁書】