基于单片机防丢失设备的设计和实践

刘育胜 宋鑫 李永乐 路婷 刘立群 王佳玉 薛飞

摘要：防止老人或者小孩走丢走失，还可以放在汽车里，利用GPS系统，设计实现了基于单片机的防丢失设备。设备利用液晶显示屏显示信息，并实时发送位置短信到手机传输当前位置的纬度和经度坐标，实现了定位与监测功能。测试结果表明，利用该设备和手机可以同时观察老人或小孩携带该设备时的定位信息。

关键词：单片机; GPS 定位;纬度;经度

中图分类号： TP368.1    文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）13-0237-04

Abstract： In order to prevent the old people or children from getting lost， this paper designs and implements the anti-loss equipment based on single chip microcomputer by using GPS system. The device uses LCD to display information， and sends SMS to mobile phone in real time to transmit the latitude and longitude coordinates of the current position， so as to realize the positioning and monitoring functions. The test results show that the location information of the elderly or children can be observed simultaneously by using the device and mobile phone.

Key words： MCU; GPS Positioning; latitude; longitude

为防止老人或者小孩走丢，随时掌握老人所在的地点、时间等信息，也能帮助人们快速地找到自己的停放汽车等的位置，设计实现了基于单片机的防丢失设备。采用STC89C52单片机，采用LCD1602液晶屏，单片机与手机之间通过GSM短信模块发送数据，以短信的形式将检测到的当前位置的纬度和经度坐标信息发送给手机，以便实时监测老人或小孩和自己东西的位置。

1 系统设计

1.1系统总体设计

以STC89C52为中央处理器，GPS模块用采集数据，将数据发送给单片机后，单片机根据定位计算公式得出当前位置的经纬度信息和时间信息。经过LCD显示器处理后得出和时间信息SIM800A模块发送短信到设定的手机号上，将检测到的经纬度和时间信息展示在短信上。系统总体设计如图1所示。

1.2系统设计原理

系统利用GPS模块，采集观察点到卫星之间的距离，通过引脚串口将数值发送给单片机，单片机根據定位公式，计算出当前所在位置的经纬度坐标，单片机的串口连接到LCD1602液晶显示屏上[1]。单片机循环检测按键是否按下，当检测到按键按下时，单片机操控SIM900A发送给短信到指定的手机号17361527594上，发送的短信数据信息分别显示出其纬度和经度信息“N36d05m24s”和“E03d41m42s” [2]。系统流程图如图2所示。

1.3 GPS定位模块

GPS模块是集成了RF射频芯片、基带芯片和核心CPU，并加上相关外围电路而组成的一个集成电路。GPS数据输出格式采用标准的NMEA-0183标准，采集地理信息的速率为2秒/次，地图坐标系为WGS-84坐标系。机器所用到的GPS模块在定位系统中属于用户部分。我们通过运算每个卫星之间的距离，采用距离交会法求出接收机的经度、纬度、高度和时间，STC89C52单片机将GPS[3]模块采集到的数据通过定位公式计算出用户的经纬度，通过通信模块发送到预先指定的接收手机号上，该手机号是17361527594，中国电信卡，发送的内容为：“当前位置的纬度为：北纬36度05分23秒，经度为：东经103度41分42秒”。该位置是甘肃农业大学11号楼231宿舍所在的经纬度坐标。

1.4短信发送模块

这个模块插入中国移动卡，用来发送经纬度数据信息，该移动SIM卡手机号是17899314036。其中GSM模块通信[2]是和单片机的串口进行通信[4]，可以设置每隔多少时间进行一次发送短信。初始设置发送时间为1分钟。

1.5 按键模块

单片机的按键控制电路是由1个微动开关并联组成的电路，按键的一段连接单片机的双向I/O口，另一端接地。当按键开关处于张开状态时，I/O引脚和地断开，此时该I/O引脚处于高电平状态。当按下按键时，I/O引脚接地，此时高电平置低电平，并返回一个低电平信号给单片机。按键开关的检测其原理就是高低电平的检测。

1.6 STC89C52单片机

STC89C52单片机是一款低功耗、高性能的微控制器，是STC公司早期生产用于工业控制的单片机。其作用是控制各种传感器和外设，自行计算处理得到的数据和信号，并进行相应的操作，在工业生产中起到大脑的作用。相比于日常生活中使用的电脑，单片机只能称得上微小电路集成系统，能起到的作用非常有限，只能处理一些简单的控制工作。单片机的应用非常广泛，绝大部分电器都是采用单片机进行控制，家里的大家电，比如冰箱、空调、洗衣机、电视机，小到遥控器、鼠标、键盘、闹钟。其里面都包含一个或者多个单片机。单片机广泛应用于仪表仪器，航空航天，家用电器和医用设备上。智能设备的发展也非常依赖单片机，多样化的传感器对单片机也提出了一定的要求，故此越来越多的高级的单片机出现。

1.7单片机内部电路

STC89C52单片机内部构成还是比较复杂的，虽然只是微型处理器，但是“麻雀虽小五脏俱全”，具有处理器所具有的基础构成。包括时钟芯片，定时器，ROM，FLASH存储器，RAM闪存器，32个I/O口，串口通信和中央处理器。从图4单片机内部电路图可以得知，具有2个16位的定时器/计数器，2个串行输入/输出口，128字节的RAM，4K字节的ROM，64K总线扩展控制。CPU型号是8051，外部具有振荡器及定时电路。

1.8 LCD1602液晶显示电路

本次设计采用LCD1602液晶显示器作为输出显示器，LCD1602液晶显示器是一种工业字符型液晶，从其名称中可以得知，显示屏具有2行输出，每行16个字符，能够同时显示16*2即32个字符。LCD1602液晶屏显示利用液晶的特性，通过改变电压达到控制区域显示，最终显示出想要的图形或者数字。LCD1602液晶显示屏不仅可以显示数字，还可以显示符号和字母。在和单片机进行通信时，和P0口进行连接，中间要有上拉电阻进行连接。本次设计LCD1602液晶显示屏上展示检测到的经纬度和时间。其引脚连接图如图6所示：

2 系统调试与测试

开机进行测试，显示初始化界面，15秒以后LCD1602液晶显示器显示“GPS INIT OK！”，GPS模块与卫星进行连接，图7是连接好时的初始界面。然后将中国移动SIM卡插入设备，调试好进入主页面，按下按鍵，单片机通过SIM900A模块会将测得的纬度和经度坐标发送短信到手机上，手机接收到短信，短信内容是此时的纬度和经度坐标[5]。图8是开始计时每隔1分钟向家人手机发送短信时手机接收到的第一条短信情形。实时发送的短信内容中包含了当时的纬度和经度，如图9所示。其中，“N36d05m24s”代表当前位置的纬度为：北纬36度05分23秒。“E03d41m42s”代表当前位置的经度为：东经103度41分42秒。图10是把时间调整到每隔2分钟给家人手机发送第一条短信[6]的情形;图11是时间倒计时到44秒的情形。

测试结果表明，该设备完成了利用GPS系统实时定位的功能，并且可以实时发送经纬度坐标信息到手机上进行监测。

3 小结

基于单片机的防丢失设备是为防止老人或者小孩走丢走和方便找自己常用东西的位置而设计，利用GPS系统定位经纬度坐标，利用LCD1602液晶显示屏显示信息，并实时发送短信到手机传输数据，实现了定位功能。测试结果表明，利用该设备和手机可以同时观察老人或小孩携带该设备时的定位信息，完成了利用GPS系统实时定位的功能，并且可以实时发送经纬度坐标信息到手机上进行监测[7]，防丢失系统功能十分强大，不管是大人小孩都可以使用，一些产品还具有SOS紧急求助、手电筒、摔倒报警等功能，实用性强;并且对老人的考虑十分周到，但此设计由于工作量大，仅具有位置经纬度显示、短信发送、GPS定位的功能。

参考文献：

[1] 陈端迎.面向建筑工程设计院所的生产项目管理平台研究与设计[J].软件，2015，36（10）：108-110.

[2] 吕国策.SIM300C模块的硬件电路设计及短信控制方式研究[J].科技资讯，2017，15（25）：9，11.

[3] 吴晓平.异军突起的多方位、高精度空间大地测量技术——美国全球定位系统（GPS）研究进展[J].地壳形变与地震，1990，10（1）：42-45.

[4] 李洁，何军.云计算操作系统网络虚拟化模块Neutron分析研究[J].软件，2016，37（1）：21-23，27.

[5] 宗宇雷，吕品品，李珂，等.混合参数方法下的室内无线定位技术综述[J].软件，2016，37（3）：62-66.

[6] 王明.基于实时流技术的诈骗短信预警系统的设计与实现[J].软件，2015，36（1）：32-37.

[7] 张晓诺.基于Android的智能家居环境监测系统APP设计与实现[J].软件，2015，36（2）：77-79.

【通联编辑：梁书】