基于ARM11和Zigbee的人员定位防丢器

刘 磊，陈栋梁，赵宏伟，许耀华

（安徽大学 电子信息工程学院，安徽 合肥 230039）

基于ARM11和Zigbee的人员定位防丢器

刘 磊，陈栋梁，赵宏伟，许耀华

（安徽大学 电子信息工程学院，安徽 合肥 230039）

文中设计并实现了一款多功能人员定位防丢器，它是由ARM组网，采用Zigbee技术和电子指南针结合，由子机和母机组成，分别置于不同人员身上，具有防丢和定位寻找的功能.子机和母机均具有多频段数据收发装置，系统可根据环境复杂程度自适应选择适当频段进行数据收发，确保通信的可靠性.母机系统包含显示和报警系统以及地图软件，确保了在定位人员位置的情况下，快速选取正确路线找到走失人员.电路主要采用集成芯片制作，所以具有电路简单，工作性能稳定，功耗及成本低等优点.

防丢器；多频段；收发装置；报警系统；子机电路

目前，我国儿童、老人及智障人员走失现象经常发生，据数据统计显示，儿童走失24小时后被拐卖的几率大大增加，寻找的难度也大大增加，所以如何防止家人走失及如何快速找到走失的家人成为一件急需解决的问题.而目前市场上的防丢器主要针对于物品的丢失，功能过于单一，不适于人员的定位与寻找.本文中设计了一款针对于人员防丢的多功能定位防丢器，采用多频段进行信号传输，点对点通信方式，在防丢的同时进行人员定位.

1 系统概述

1.1 电路组成框图

如图1所示，系统由ARM组网，其中GPS、zigbee芯片、显示屏、时钟、电源、存储器、LED、报警器均与ARM相连.电源向系统供电，zigbee芯片在780mhz频段上进行自组网，形成一个网状网.GPS芯片和zigbee芯片主要负责完成信息的收发，并将接收来的信号通过滤波、ADC、解调、CRC校验等处理后送入ARM.ARM对数据进行处理，将结果输出到显示屏上，同时根据结果进行判断是否闪烁LED灯或进行报警.在ARM平台，用QT变成实现了地图定点显示，大幅度提高了人员的准确定位.

图1 系统组成框图

1.2 硬件电路组成框图

如图1所示，左边是子机，右边是母机.子机由数据采集电路、编码调制电路和无线发射电路组成，编码器输出具有地址信息的编码信号，送到无线发射模块进行调制，输出稳定的无线电波.母机由接收模块、解码解调电路、报警和显示屏等电路组成.当接收模块收到子机发射的具有一定强度的无线电波信号后，对其进行检波还原出编码信号，送至译码解调电路.数据经ARM处理后，输出到显示屏上，当子母机之间的距离超过预置的距离，解码电路输出的信号使报警电路工作.

硬件电路组成框图

1.3 硬件电路组成

1.31 Zigbee模块——HMD40201

HMD40201网络协调器模块是瀚之显具有自主知识产权VNET网络平台的组成部分，收发机部分是基于IEEE802.15.4国际标准而构建，MCU部分则是采用低功耗、高效率的COTEX-M3核.H MD40201使用的是WPAN中国频段779MHZ～787MHZ（UHF频带Sub 1G频段），在物理层采用先进的DSSS直序扩频技术，支持BPSK和O-QPSK两种调制模式，多种空中传输速率，与2.4GHZ频段比对，具有良好的穿透力、绕射性能、抗衰减能力等电磁特性，这些特性可以较好的应对建筑物和楼群等复杂通讯条件下电磁信号杂化（多路径效应）的挑战，适用于有密集阻挡环境（如集抄项目和其它工业控制项目）时通信效果不理想的环境，HMD40201收发机采用了CSMA/CA碰撞避免的竞争机制，有效解决了网络数据碰撞的问题，并且物理层采用了数据收发校验，失败重发机制，保证了数据传输的安全性与稳定性.

接口方式：TTL 串口，115200，8，N，1，并提供SPI接口和I2C接口及更多GPIO接口，资源丰富，方便二次开发；模块采用1.27mm间距标准数据接口，通过插座进行连接，可以方便的接入用户底板.配置I-PEX射频天线端子，可选配多种增益的橡胶天线、吸盘天线等，满足实际需要；工作于780M/920M免费ISM频段，4个可选信道，系统容量大；超低功耗设计，最大发射功率5mW，接收电流小于10mA.支持IEEE 802.15.4标准协议，超高抗干扰能力和低误码率，视距可靠传输距离远.

图1 Zigbee芯片实物图

图2 Zigbee引脚简图

1.32 ARM11——飞凌OK6410

ARM11微处理器是一种高性能、低功耗的‘准64位’微处理器！对于目前大多数嵌入式应用，一个真正的64位处理器仍然被认为是不必要的，其巨大的功耗和面积让人难以接受.对此，ARM11选择了一个折中的方案，以较小的代价，部分实现了一个64位微架构.ARM11只在处理器整数单位和高速缓存之间，以及在整数单位和协处理器之间实现了64位数据总线.这些64位数据道路允许处理器在一个时钟周期中同时获取两条指令，还允许在一个时钟周期执行多个数据读写指令.这使得ARM11在执行很多特定序列的代码时能够达到非常高的性能，特别是那些允许数据搬移与数据处理并行处理的代码序列.

S3C6410是由三星公司推出的一款低功耗、高性价比的RSIC处理器，它基于ARM11内核（ARM1176JZF-S），可广泛应用于移动电话和通用处理等领域；S3C6410为2.5G和3G通信服务提供了优化的硬件性能，内置强大的硬件加速器：包括运动视频处理、音频处理、2D加速、显示处理和缩放等；集成了一个MFC（Multi-Format video Codec）支持MPEG4/H.263/H.264编解码和VC1的解码，能够提供实时的视频会议以及NRSC和PAL制式的TV输出；除此之外，该处理器内置一个采用最先进技术的3D加速器，支持OpenGL ES 1.1/2.0和 D3DM API，能实现 4M triangles/s的3D加速；同时，S3C6410包含了优化的外部存储器接口，该接口能满足在高端通信服务中的数据带宽要求.由于以上突出的性能表现，著名的苹果公司手机IPHONE就是基于S3C6410处理器.

OK6410开发板基于三星公司最新的ARM11处理器S3C6410，拥有强大的内部资源和视频处理能力，可稳定运行在667MHz主频以上，支持Mobile DDR和多种NAND Flash.OK6410开发板上集成了多种高端接口，如复合视频信号、摄像头、USB、SD卡、液晶屏、以太网，并配备温度传感器和红外接收头等.

OK6410的软件系统目前支持WinCE 6.0、LINUX2.6.28、Android2.1以及 uC/OS-II，提供标准板级支持包（BSP）并开放源码，其中包含了所有接口的驱动程序，客户可以直接加载使用.另外，该板可连接飞凌公司与之相配套使用的串口扩展板、WIFI模块、摄像头模块等.

2 通信协议

2.1 GPS模块——REB-3571LP

GPS上电后，每隔一定的时间就会返回的数据，格式为：$信息类型，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x.结合系统数据的实际需要我们将解析GPRMC数据包.该数据包完整的数据如下：

$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>*hh

$GPRMC,080655.00,A,4546.40891,N,12639.65 641,E,1.045,328.42,170809,,,A*60

注：<2>定位状态，A=有效定位，V=无效定位

<3>纬度ddmm.mmmm（度分）格式

<4>纬度半球N（北半球）或S（南半球）

<5>经度dddmm.mmmm（度分）格式

<6>经度半球E（东经）或W（西经）

<7>地面速率

<8>地面航向（000.0～359.9度）

2.2 算法协议

工作过程：

（1）系统加电启动后，进行初始化，此时装载到芯片中的地图软件被启动，并将周围环境显示到显示屏上.

（2）ARM发组网命令，zigbee进行自组网，组网成功后，zigbee和GPS开始采集数据，并将数据交由ARM处理.

（3）ARM将处理好的数据输出到显示屏，同时根据数据处理结果判断子机和母机之间的距离是否超过预定值，若超过预定值则启动报警系统，提醒用户注意.

（4）此时，显示屏上显示了子机所处位置及其周围环境状况，用户可根据周围道路情况选择合适途径快速找到子机.

3 结论

本文提出了一种近距离电子防丢报警器的设计方案.目前，儿童、老人及智障人员走失现象经常发生，该方案的应用可以很好的避免类似情况.本文在总结目前市场现有的防丢器的优缺点的基础上，对防丢报警器的设计进行了进一步的探讨，克服了目前市场上报警器功能单一、只能应用在物品丢失等缺点，GPS定位及可装载地图功能为用户快速找到子机创造了有利条件.

〔1〕李文仲.ZIGBEE无线网络技术入门与实战[M].北京航空航天大学出版社,2007.184-200.

〔2〕刘和平，刘林，余红欣，郑群英.PIC18FXXXA RM原理及接口程序设计.北京航空航天大学出版社，2004.

〔3〕谭浩强.C语言程序设计[M].清华大学出版社，2006.

〔4〕ZigBee Protocol Specification.

TP311

A

1673-260X（2012）09-0011-03