基于單片機的迷你定位追蹤器設計

◇咸陽師范學院物理與電子工程學院 郝海燕 王 樂 李夢琪

隨著時代的發展，人們的出行方式更為便捷、出行的次數也在日益增加，但是伴隨著出行次數的增加，全國范圍內發生孩童丟失事件的次數也日益增加。為解決以上所述情況，本文設計了一款基于單片機的迷你追蹤定位器，詳細介紹了一種在單片機、GPS接收模塊、GSM通信模塊和1602LCD顯示模塊等器件的配合應用下，通過定時發送短信功能讓家長可以實時獲取孩子位置信息的裝置。該設計是以單片機為核心的控制模塊，單片機外接GPS和GSM等模塊。其中，單片機用來對系統進行控制、GPS用來獲取位置信息、GSM用來發送短信。裝置可以根據不同的情況手動設置不同的短信定時發送時間，然后根據所設置的時間將短信發送至綁定的手機號，也可以在出現突發情況時進行手動發送短信，短信的內容主要包括孩子的經緯度信息和時間信息。它是一種操作簡單、性能穩定、安全可靠、性價比高的定位導航裝置。

1 前言

現代人們的生活方式豐富多樣，一家人經常出去游玩，但在家長與小孩外出的途中，時常發生小孩丟失的情況。由于尋找方式傳統的局限性，使得走丟的大部分孩童雖然找回，但是還有一小部分孩子并未找到，對家庭造成了難以言喻的后果。為了防止此情況的出現，“智能防丟器”便應運而生。

由于現代科學技術的發展，元器件的體積得到了極大地縮減，所以智能防丟器的體積便縮小了許多，可以將其放置在孩子的口袋中或者將其設計成體積小的掛件佩帶在身上。設計迷你定位追蹤器應做到設備可以向手機定時發送位置的功能，在家長和孩子外出時，家長可以通過短信內容定位孩子的位置，以及推測接下來孩子可能會前往的方向。在必要時刻，孩子也可以通過設備的按鍵緊急發送位置信息到家長的手機，而不用等定時到結束才自動發送短信。

2 總體方案

本次設計的定位追蹤器具有定位、警報功能，需配備手機APP共同使用。單片機作為本系統控制核心，通過硬件電路和程序的結合設計，共同實現位置監測與改變的絕對控制。GPS收到位置信息并將其傳輸至單片機，再由單片機處理信號，將信號傳輸至顯示模塊，當設置的定時時間到達后，便向接收短信的手機號發送孩子的當前位置，家長可以通過近幾次的經緯度獲取孩子的大概走向，并通過下一次的經緯度來大致預判孩子的走向。此外，在設計裝置上還加裝了按鍵發送短信的功能，當發生突發情況時，孩子可以按下裝置上的按鈕從而讓家長獲取到當前的位置，而不用等到定時時間結束再發送短信，從而在一定程度上再次減少了孩子發生危險的概率。系統整體框圖如圖1所示。

圖1 系統整體框圖

3 主要模塊器件的選型

3.1 單片機選取

采用STC89C52單片機，STC89C52單片機其功能是對傳感器和外設進行控制，將所得數據及信號進行計算與處理，并在處理過程中做出與之對應的操作。STC89C52單片機擁有40線引腳，封裝上采用雙列直插式。單片機引腳與單片機、傳感器等外設相連。通過所連接的引腳，單片機與傳感器等外設之間的數據信息才可以實現交互。圖2是STC89C52的封裝引腳圖。

圖2 STC89C52封裝引腳圖

3.2 GPS定位模塊

GPS模塊的選定VKEL。主要是通過GPS和北斗星進行數據通信，采用行業標準的25*254MM高靈敏GPS天線、水平定位精度小于2.5M，授時精度為30ns。優點是授時精度高、定位準確性高、價格便宜。

3.3 GSM通訊模塊

GSM通訊模塊為SIM800A，其具有功能完善，體積較小，性價比高的一系列特點。SIM800A在結束發送短信后會產生較大反向電流，為防止芯片被擊穿的現象，電路中需接二極管。為保證短信在發送過程中擁有足夠的條件，需要接1000微法的電容。

3.4 LCD1602液晶顯示模塊

LCD1602液晶顯示器是一種被大范圍應用的字符型液晶顯示裝置，可同時顯示32個字符。LCD1602液晶屏顯示利用液晶的特性，通過調節電壓實現控制區域顯示，并通過屏幕顯示出需要的圖像和數值。當與單片式微型計算機進行交流時，將采用4.7K歐上拉電阻的P0接口。本設備所測量到的絕對位置和時間，將在圖LCD1602液晶顯示器上加以展示。

3.5 按鍵模塊

按鍵電路用4個開關并聯而成，按鍵一端與單片機連接，另一端接地。當按鍵斷開時，I/O引腳未與大地端相連，處于高電平。當按鍵被接通時，I/O引腳接地，引腳電平由高轉低，并且單片機返回一個低電平信號。按鍵開關檢測原理就是對高低電平檢測。在電源接通后，按下K1便進入定時時間設置界面，通過多次按K1來確定在時、分、秒哪個位上進行時間設置，在確定設置位置后，通過按下K2、K3來進行時間加減，在時間設置操作結束后，按下K2后開始倒計時，在倒計時結束后向手機發送短信，并開始下一次的倒計時，在倒計時結束之前可以再次按下K4按鍵來手動發送短信。

3.6 電源電路模塊

本設計使用5V直流電源為單片機供電，電源電路由3腳電源插座與6腳電源開關組成。外部電源插頭與電源插座連接，整個電路啟、停由電源開關直接控制。電源插座2號引腳接地，3號引腳僅固定插座，1號引腳與電源開關3號引腳連接，電源開關的1、3和4、6號引腳作用相同，作電源正極輸出。

4 軟件設計

系統上電后，開始初始化各模塊，設置定時發送短信時間，當初始化完成各模塊開始工作，GPS模塊對衛星和信號發出點間距離進行計算，將整理后的數據由其引腳串口傳輸至單片機，單片機通過定位公式，將該點所在的精度和緯度以及時間高度等信息計算出，并將其經度和緯度以及時間等信息顯示在與單片機串口相連的1602液晶顯示屏上。然后判斷設定的時間是否到達，如果到達則發送短信至設定的SIM卡，調試途中單片機會檢測是否有按鍵按下，若有，單片機操控SIM800發送短信至設定SIM卡，短信內容為經緯度、時間信息。圖3為主程序流程圖：

圖3 軟件主程序流程圖

該系統通過調試系統靜態工作，設置多項參數，結果滿足預期目標并且系統運行穩定最終達到迷你定位追蹤器更方便的使用效果。

5 結論

本次設計通過使用相應的元器件做出了關于定位尋找孩童的裝置，從基本原理剖析開始,再在熟悉了STC89C52單片機的工作原理和應用方式之后，再詳盡的剖析了GPS定位模塊的基本構造、工作原理以及測試原理的方法，最終以實物調試和總結收尾，完成設計。