隐蔽式儿童看管装置的研究及应用

2015-03-23崔相龙赵建伟

河南科技 2015年22期

崔相龙赵建伟

(德州学院机电工程学院,山东德州 253023)

儿童失踪让许多家庭几乎崩溃,按照不同的统计数字,中国每年的失踪儿童不完全统计有20万人左右,找回来的大概只占到0.1%[2]。随着科技的进步,为满足家长呵护孩子的需求,各种智能儿童安全定位装置纷纷涌现。从儿童定位手机发展到风靡全球的儿童定位手表,可以实现目标定位、远程监护、拨打电话等功能,成为家长的首选装备。但现有的儿童安全定位装置存在目标明显、待机时间短、易于损坏等缺点;

为解决上述问题,设计了隐蔽式儿童看管装置,装置安装在一只玩具小猫内,小猫的眼睛为一键求救键,鼻子为麦克风,将定位装置隐蔽于玩具内,具有极大的隐蔽性。由于玩具体积较大,可以安装大容量电池,可以极大的延长待机时间,并且,在儿童玩耍运动时,玩具内的毛绒可以保护装置不被磕碰损坏。

1 总体设计方案

装置由上位机软件和下位机两部分组成。上位机软件安装在家长的手机、PDA、电脑等终端上,可以随时查看儿童的位置信息。下位机由GPS、GSM/GPRS等模块组成,包裹于毛绒玩具内,作为定位及追踪对象,由儿童随身携带。

1.1 围栏功能

实现对儿童当前位置的精确定位,系统采用GPS模块获得当前位置的经纬度数据,然后由微控制器通过GSM/GPRS模块将经纬度数据发送给手机终端,手机终端将获得的数据与参考点相比较,即可获得儿童的当前位置。家长可以设置儿童的活动范围,终端将得到的经纬度数据与圆心的经纬度相比较,如果距离超出设定活动范围的半径,则进行响铃报警,以便家长及时处理。围栏功能的开启和关闭都可以通过手机软件来实现,超智能、超人性化设计。

1.2 定位功能

装上手机卡通电就可定位,利用下位机的GPS模块、GSM模块,家长可实时的通过手机短信发送“123”到下位机,下位机接收到短信后,GPS出儿童所在的位置,通过GSM模块向家长的手机上发送儿童位置信息的短信,实现定位功能。全国定位无死角,时时刻刻定位跟踪。

1.3 报警功能

实时的断电报警,当儿童佩戴的装置上原电池拆下,下位机上的GSM模块会马上给家长手机发送断电报警短信,并且附带此时儿童的实时位置信息,避免安全隐患的发生。

2 单元设计方案

2.1 GPS定位设计

GPS全球定位系统是美国国防部为了满足军事部门对海上、陆地和空中运动载体进行高精度导航和定位要求而建立的,其最高定位精度可达毫米级。

系统设计的GPS定位模块,采用模块核心采用UBLOX公司的NEO-6M模组,具有50个通道,追踪灵敏度高达-161dBm,测量输出频率最高可达5Hz。NEO-6M模块通过串行口连接到微控制器,微控制器向模块发送相应的控制命令,就可以设置NEO-6M模块的各种参数,以及读取经纬度数据。一般正常情况下的GPS模块只需要30多秒钟就能正常定位(这就是冷启动),NEO-6M模块具有内置纽扣电池,可以将星历数据存储在模块内部,当下次模块工作的时候可以很快速的定位,一般像NEO-6M模块只需要1~3秒就可以实现新的定位,那这种定位就叫做热启动,如果模块断电时间超过4小时,内部RTC没有实时供电,那么再一次的开机也相当于冷启动。然后获取定位数据,NEO-6M模块进行工作。

2.2 GSM/GPRS通信设计

系统采用 SIMCOM公司的工业级双频 GSM/GPRS模块SIM900A,可以低功耗实现语音、短信、数据和传真信息的传输。 GSM/GPRS模块与微控制器通过串口的方式连接,通讯的最高速率可达115200bit/s,GSM/GPRS模块与SIM卡之间通过SIM-CLK和SIMDATA信号线进行数据通信。系统设计的GSM/GPRS模块中,微控制器通过串行口向SIM900A发送不同的AT指令,来实现对SIM900A的状态设置,以及信息的发送和读取。

通过手机等终端设置儿童的活动圆心和半径,当获得儿童当前位置的经纬度数据后,终端将得到的经纬度数据与参考点的经纬度相比较,可以得到儿童当前位置与圆心的距离D。如果距离D超出设定活动范围的半径,则进行响铃报警,以便家长及时处理。