基于北斗/GSM技术的掌上智能防丢防盗系统

陈丽珠

(福州大学 数学与计算机科学学院,福建 福州 350108)

随着通信网络的发展和手机的普及，人与人之间只是一个网络的距离，随着物联网技术[1]的发展，人与物之间也将只是一个网络的距离，物体的防丢防盗管理将有重要的意义。目前的防丢防盗设备多数基于无线通信原理[2]或红外线与GSM通信原理[3-4]，实现近距离防丢防盗警报或单纯的红外人体检测警报。鉴于此，本文结合现有的北斗二代定位技术[5]、GSM网络通信技术，在Android智能手机上实现防丢防盗远程智能监控系统[6]。系统实现物品或人员的监控、搜索、定位等掌上智能化管理；系统实现移动轨迹追踪功能，区别目前的地图软件，可在手机端存储用户移动的轨迹。

1 移动位置服务技术研究

1.1 北斗设备监控端位置服务技术研究

北斗设备监控端定位模块使用的是MXTOS2-200模块，该模块是由北京时代民芯公司开发的GPS、BD-2双模兼容接收机，具有低功耗、小体积、高性能等特点。该模块提供了串口、I2C和SPI 3种通信接口，本文使用串口0，速率为 115 200 b/s。发送来的字符串为：$GPGGA,〈UTC 时间〉,〈纬度〉,〈纬度标识符 N 或 S〉,〈经度〉,〈经度标识符 E或 W〉,〈定位状态〉,〈正在使用的卫星数量〉,〈HDOP 水平精度因子〉,〈海拔高度〉,〈地球椭球面相对大地水准面的高度〉,〈差分时间〉,〈差分站 ID号〉,〈校验值〉。截取经纬度信息，根据经纬度距离公式(见4.2节)计算距离，从而判断其是否脱离监控范围。

1.2 Android平台移动位置服务技术研究

Android平台有着严格的安全机制，位置服务、手机地图服务等操作需在AndroidManifest.xml文件中申明权限。GPS要获取ACCESS_COARSE_LOCATION、ACCESS_FINE_LOCATION等权限，百度地图需ACCESS_NETWORK_STATE、WRITE_EXTERNA-L_STORAGE等权限。

2 数据存储研究与设计

Android手机端采用两种数据存储方式，一种采用SharePreference存储，将数据存储到文件系统中；另一种采用SQLite数据库存储。对于小数据量且不经常改变的数据采用第一种方式，比如地图级别、北斗设备报警音效提醒、GPS更新距离等；北斗设备信息、追踪路径等数据量较大且经常操作的数据就采用第二种方式。其中，北斗设备数据库设计如表1所示。

表1 北斗设备信息表

3 系统设计

3.1 系统整体功能设计

本文的整体功能设计框图如图1所示。

3.2 GSM无线通信协议设计

防丢防盗远程监控功能是通过GSM无线网络进行通信的，本文自行拟定的通信协议如下所示。

(1)手机端监控上锁/解锁指令

#LOCK,〈手机端号码〉,〈监控距离〉,〈蜂鸣器警报〉,〈LED灯警报〉/#UNLOCK,〈手机端号码〉

如#LOCK,13246830424,100,1,1表示监控距离为100 m、开启蜂鸣器和LED灯警报。

(2)北斗设备端经纬度位置请求指令

图1 系统整体功能设计框图

手机端发送 #REQLOC,〈手机端号码〉请求北斗设备端经纬度，北斗设备端接收到请求后，发送#REQLOC,〈经度〉,〈纬度〉指令给手机端。

(3)手机端搜索北斗设备指令

#SEARCH,〈 手机端号码〉,〈蜂鸣器〉,〈LED 灯〉

(4)北斗设备警报指令

北斗设备端超出监控范围后，将发送#ALARM,〈北斗端号码〉,〈经度〉,〈纬度〉,〈超出范围〉指令。

4 北斗设备监控端设计与实现

4.1 功能描述

北斗设备端主要是由北斗定位模块、GSM模块、LPC2478处理器模块、蜂鸣器LED及按钮模块组成。北斗定位模块负责位置信息服务，GSM模块负责通信，蜂鸣器和LED灯用于警报，按钮模块用于紧急联系和位置推送。流程图如图2所示，主要部件原理图设计如图3所示。

4.2 移动轨迹距离计算

图2 北斗设备监控端流程图

图3 北斗设备主要部件原理图

获取两点经纬度信息，将其转为球面坐标，计算两点间的一段劣弧的长度，即为移动轨迹的长度。现假设获取到两坐标点A、B,如图4所示。点O为球心，球面半径为 R，球面上的点 A(lon1,lat1)、B(lon2,lat2)，lon1、lon2为经度，lat1、lat2为纬度。AC、BD垂直于赤道平面，垂足分别为 C、D。

图4 地球上两点间球面距率

4.3 模块实现

北斗设备端使用μC/OS-II操作系统开启了GSM模块、北斗经纬度模块和按钮中断3个任务。北斗监控端命令结构体如下所示。

北斗经纬度任务中通过strstr函数判断是否接收到"$GPGGA"开头的字符串，再通过strtok命令截取经纬度。结构体中的monCmd命令等于LOCK，且监控状态mon-Status等于MONITING时，通过4.2节距离公式计算移动距离。如果距离超出监控范围，将monStatus状态置为 ALERT，若isLed或 isBeep等于ON，则开启LED灯和蜂鸣器。同时构造警报信息，调用Send_SMS函数给手机监控端发送警报。

5 Android手机监控端设计与实现

5.1 功能描述

手机端进行北斗设备端和手机端通信时，按3.2节约定的协议构造信息。手机端主要包括北斗设备增删查改功能，北斗设备加锁、解锁、位置请求、搜索等功能；手机用户或北斗设备百度地图位置显示、手机用户移动轨迹记录和查询、删除等功能。点击主界面设备列表记录可进行加解锁、位置请求和搜索操作；点击底部的新建按钮可建新的监控设备；点击底部的系统设置按钮可设置地图显示级别、语言报警提示等设置；点击位置服务按钮可查看手机用户当前位置和按地址查询地图位置；点击路径追踪按钮可记录用户移动轨迹以及管理用户移动的轨迹。

5.2 模块实现

Android手机端软件可安装在Android2.1及以上版本的系统上，本文软件在酷派8150手机Android2.3版本上进行测试，下面将介绍软件的功能实现和测试结果。

(1)北斗设备端防丢防盗功能

北斗设备记录以圆角列表显示，如图5所示；点击列表记录后，创建GridView弹出窗体，可选择设备加解锁、搜索、修改等操作，选择设备加锁和设备搜索都要进行参数设置，设备操作如图6所示；点击新建对象按钮可新建设备，勾选上锁按钮则调用SMS模块通知北斗设备端，如图7所示。

(2)位置服务和路径追踪功能

位置服务地图上显示手机用户和北斗设备位置，系统实现中SMSreceiver类继承了BroadcastReceiver类，在onReceive方法中截获到"#REQLOC"位置请求指令后，将启动Intent调用地图类显示当前位置。

图5 列表界面

图6 功能操作界面

图7 新建设备界面

路径追踪功能用于管理用户移动轨迹，距离采用4.2节推导的公式，代码实现为R*Math.acos(Math.sin(Lat1r)*Math.sin(Lat2r)+Math.cos(Lat1r)*Math.cos(Lat2r)*Math.cos(Long2r-Long1r))。点击左上角按钮可在弹出窗体中查看追踪轨迹，如图8所示。

图8 查看轨迹

(3)系统参数设置功能

系统参数设置地图默认级别、北斗设备警报语音报警和振动警报等，Menu菜单的快捷按钮可关闭和开启语音警报。效果如图9所示。

图9 参数设置

SMSreceiver类的onReceive方法中截获北斗设备警报截获"#ALARM"指令后，获取语音和振动警报参数，开启相应警报；通过PendingIntent设置警报通知内容和运行的 Intent；最后，调用 NotificationManager类中的notify发送警报通知栏消息。手机用户点击通知栏警报可查看警报信息，如图10所示。

图10 警报通知

随着北斗定位技术和物联网技术的发展，物体快速定位将非常方便，物品的远程智能化防丢防盗管理有着重要意义。本系统还可以用来监控小孩和老人，当小孩跑离监控范围后，系统马上向家长发送警报，防止孩子走丢，可通过位置请求服务实时了解他们的位置动态。在将来人与物品都网络化的社会中，掌上智能防丢、防盗管理只需一掌的距离便可掌握各方动态。

[1]顾征宇.广电物联网智能家居体系设计[J].物联网技术,2012(11)：60-62.

[2]王啸东,尤凤翔.基于单片机的智能防丢器系统设计[J].河 南 科 技,2011(11)：61.

[3]任杰.基于彩信的无线红外防盗报警系统的硬件设计[D].天津：河北工业大学,2007.

[4]张晔.基于红外检测与GPS坐标变化判据的电力设施防盗装置[D].长春：吉林大学,2011.

[5]黄建华,吴升.面向北斗二代终端的导航地图更新框架[J].福州大学学报(自然科学版),2012,40(3)：347-351.

[6]ABUZALATA M,MOMANI M,FAYYAD S,et al.A practical design of anti-theft car protection system based on microcontroller[J].American Journal of Applied Sciences,2012,9(5)：709-716.