基于STM32的智能出游助手设计

张志远

摘要：隨着物联网技术不断取得新的进展，旅游业也向着智慧旅游方向迈进，但因遇险而造成的旅行事故却时有发生。通过结合物联网、云服务等先进技术，提出了一款能够在无信号条件下实现 “一键呼救”功能的智能出游助手，它能够将遇险人员的位置信息通过中继通信的方式准确的发送给救援人员。为发生旅行事故时实现快速救援提供了新的解决方案。同时，智能出游助手会将出行期间所收集的数据上传至云平台，并使用独有的通信协议，保证用户数据安全可靠的同时，方便后期拓展维护。

1引言

根据国家统计局的数据 近年来 中国国内旅游市场的游客数量保持了稳定的增长趋势 增长率超过了10%。2017年 国内旅游市场游客数量达到50亿人次（如图1.1所示）。目前我国步入大众旅游时代，旅游休闲已成为百姓的生活常态。然而因旅游出行遇险所导致的人员伤亡也在逐年上升。根据国家旅游局的统计，仅在2017年 就有182名中国公民在旅游遇险中因救援不及时而丧生。

如今，物联网是信息科技产业的第三次革命，许多公司把电子产品和互联网相结合。在旅游中利用物联网技术及时发现旅行中可能发生的危险，并在遇险时能够快速将遇险位置发送给救援人员，为救援争取时间。这将成为一种新的趋势，为人们的生命安全保驾护航。

2总体设计方案

如图1所示智能出游助手分为便携终端，网络服务器和用户网站三大部分。具有多模混合高精度定位、高精度温湿度测量、OLED背光显示、4G网络通信等功能。特别的，便携式终端还具备中继通信和野外自组网的能力，在无电信运营商信号的情况下通过自组网的接续功能实现野外求救。一旦使用者遇到紧急情况，就可以通过这个网络向其他使用者呼救，同时将自己所处位置发送给其他使用者，其他用户的设备也将作为中继的一环，将求救信号不断向外传递直至后方的救援队。救援队也能根据求救者所处位置，合理制定救援方案，尽快将被困人员营救出来。网络服务器承担接收存储便携终端数据的任务，以便网站读取应用。用户网站则能够实现注册登录，并查看自己出行的历史数据。

3硬件电路设计

主控芯片为STM32F103C8T6，由STMicroelectronics公司生产，是基于ARM Cortex-M核STM32系列的32位微控制器。温湿度传感器选用优质的Si7021。该传感器具有高可靠性和长期稳定性。传感器内置湿度（湿敏电容）和温度（热敏电阻）传感器元件以及模数转换器。它集成了信号处理和校准数据。并使用I2C接口与主机通信。保证稳定、准确的同时，又方便了开发和使用。定位芯片选用杭州中科微电子有限公司的AT6558芯片。AT6558是六合一多模卫星导航定位芯片 包括32个跟踪信道 可同时接收6个卫星导航系统的GNSS信号 实现联合定位、导航和定时。而以AT6558为基础研发的ATGM336H-5N模块则集成了32位的RISC CPU，射频前端，数字基带处理器。并拥有电源管理功能。具有高灵敏度、低功耗、低成本等优势。非常适合野外环境的位置定位。智能出游助手野外求救功能实现的关键就是使用了具有中继通信能力的LoRa。E22-400T22S它是一个基于SEMTECH SX1268射频芯片的无线串口模块。它使用了新一代的LoRa扩频技术。与SX1278相比，通信距离更长，功耗更低，体积更小。具有空中唤醒、无线配置、载波监控、中继组网等功能。非常适合用于野外无电信信号条件下的无线通信。

4软件设计

单片机程序实现的功能有GM3 4G通信，LoRa通信，OLED屏显示控制，I2C数据读取，蜂鸣器控制以及指令处理和反馈等。单片机程序分为初始化程序、处理程序和主程序。初始化程序包括pin初始化、串口初始化、定时器初始化、延时初始化、看门狗初始化、OLED初始化和I2C初始化。处理程序则包含GPS协议处理程序、Si7021处理程序、OLED显示程序和定时器中断处理程序。以主程序为例子，介绍系统流程图。

如图2所示，单片机通电后，首先执行初始化程序，确定单片机引脚的工作方式、串行通信参数，模拟I2C、OLED屏等进行初始化设置。单片机进入主程序后，首先完成初始化，之后进入主循环单片机不断对接收的数据进行处理打包，并通过GM3发送到服务器。同时，单片机还在不断响应定时中断，以检测是否有求救信号。一旦检测到有求救信号，立刻会将收到的求救位置显示在OLED屏上。如果检测到有按下求救键，单片机会将当前的位置坐标通过LoRa发送出去，其他设备接收到求救信号后同样也会把这个信号转发出去直至救援人员接收到信号为止。

单片机进入主循环后，将子程序处理好的数据打包后，判断能否和服务器进行通信。若可以就将数据通过串口发送给GM3。GM3按照TCP/IP协议打包后发送给服务器。服务器再对接收的数据进行解包等后续处理。

5结论

论文选取了野外遇险情况下如何快速救援作为应用背景，研究了如何克服野外无信号条件下，远距离无线通信的实现方法。本文提出了智能出游助手的设计架构，分别论述制作了智能出游助手的三大组成部分，便携式终端、网络服务器和用户服务网站的设计搭建方法。并利用GPS全球定位技术和Lora无线通信技术，很好的解决了对野外无信号情况下，遇险人员位置定位和呼救的难题。并在此基础上加入了周边环境感知功能，可以提醒使用者及时关注自身所处的环境变化，尽早采取措施，将影响降至最低。

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