基于单片机的迷你定位追踪器设计

◇咸阳师范学院物理与电子工程学院 郝海燕 王 乐 李梦琪

随着时代的发展，人们的出行方式更为便捷、出行的次数也在日益增加，但是伴随着出行次数的增加，全国范围内发生孩童丢失事件的次数也日益增加。为解决以上所述情况，本文设计了一款基于单片机的迷你追踪定位器，详细介绍了一种在单片机、GPS接收模块、GSM通信模块和1602LCD显示模块等器件的配合应用下，通过定时发送短信功能让家长可以实时获取孩子位置信息的装置。该设计是以单片机为核心的控制模块，单片机外接GPS和GSM等模块。其中，单片机用来对系统进行控制、GPS用来获取位置信息、GSM用来发送短信。装置可以根据不同的情况手动设置不同的短信定时发送时间，然后根据所设置的时间将短信发送至绑定的手机号，也可以在出现突发情况时进行手动发送短信，短信的内容主要包括孩子的经纬度信息和时间信息。它是一种操作简单、性能稳定、安全可靠、性价比高的定位导航装置。

1 前言

现代人们的生活方式丰富多样，一家人经常出去游玩，但在家长与小孩外出的途中，时常发生小孩丢失的情况。由于寻找方式传统的局限性，使得走丢的大部分孩童虽然找回，但是还有一小部分孩子并未找到，对家庭造成了难以言喻的后果。为了防止此情况的出现，“智能防丢器”便应运而生。

由于现代科学技术的发展，元器件的体积得到了极大地缩减，所以智能防丢器的体积便缩小了许多，可以将其放置在孩子的口袋中或者将其设计成体积小的挂件佩带在身上。设计迷你定位追踪器应做到设备可以向手机定时发送位置的功能，在家长和孩子外出时，家长可以通过短信内容定位孩子的位置，以及推测接下来孩子可能会前往的方向。在必要时刻，孩子也可以通过设备的按键紧急发送位置信息到家长的手机，而不用等定时到结束才自动发送短信。

2 总体方案

本次设计的定位追踪器具有定位、警报功能，需配备手机APP共同使用。单片机作为本系统控制核心，通过硬件电路和程序的结合设计，共同实现位置监测与改变的绝对控制。GPS收到位置信息并将其传输至单片机，再由单片机处理信号，将信号传输至显示模块，当设置的定时时间到达后，便向接收短信的手机号发送孩子的当前位置，家长可以通过近几次的经纬度获取孩子的大概走向，并通过下一次的经纬度来大致预判孩子的走向。此外，在设计装置上还加装了按键发送短信的功能，当发生突发情况时，孩子可以按下装置上的按钮从而让家长获取到当前的位置，而不用等到定时时间结束再发送短信，从而在一定程度上再次减少了孩子发生危险的概率。系统整体框图如图1所示。

图1 系统整体框图

3 主要模块器件的选型

3.1 单片机选取

采用STC89C52单片机，STC89C52单片机其功能是对传感器和外设进行控制，将所得数据及信号进行计算与处理，并在处理过程中做出与之对应的操作。STC89C52单片机拥有40线引脚，封装上采用双列直插式。单片机引脚与单片机、传感器等外设相连。通过所连接的引脚，单片机与传感器等外设之间的数据信息才可以实现交互。图2是STC89C52的封装引脚图。

图2 STC89C52封装引脚图

3.2 GPS定位模块

GPS模块的选定VKEL。主要是通过GPS和北斗星进行数据通信，采用行业标准的25*254MM高灵敏GPS天线、水平定位精度小于2.5M，授时精度为30ns。优点是授时精度高、定位准确性高、价格便宜。

3.3 GSM通讯模块

GSM通讯模块为SIM800A，其具有功能完善，体积较小，性价比高的一系列特点。SIM800A在结束发送短信后会产生较大反向电流，为防止芯片被击穿的现象，电路中需接二极管。为保证短信在发送过程中拥有足够的条件，需要接1000微法的电容。

3.4 LCD1602液晶显示模块

LCD1602液晶显示器是一种被大范围应用的字符型液晶显示装置，可同时显示32个字符。LCD1602液晶屏显示利用液晶的特性，通过调节电压实现控制区域显示，并通过屏幕显示出需要的图像和数值。当与单片式微型计算机进行交流时，将采用4.7K欧上拉电阻的P0接口。本设备所测量到的绝对位置和时间，将在图LCD1602液晶显示器上加以展示。

3.5 按键模块

按键电路用4个开关并联而成，按键一端与单片机连接，另一端接地。当按键断开时，I/O引脚未与大地端相连，处于高电平。当按键被接通时，I/O引脚接地，引脚电平由高转低，并且单片机返回一个低电平信号。按键开关检测原理就是对高低电平检测。在电源接通后，按下K1便进入定时时间设置界面，通过多次按K1来确定在时、分、秒哪个位上进行时间设置，在确定设置位置后，通过按下K2、K3来进行时间加减，在时间设置操作结束后，按下K2后开始倒计时，在倒计时结束后向手机发送短信，并开始下一次的倒计时，在倒计时结束之前可以再次按下K4按键来手动发送短信。

3.6 电源电路模块

本设计使用5V直流电源为单片机供电，电源电路由3脚电源插座与6脚电源开关组成。外部电源插头与电源插座连接，整个电路启、停由电源开关直接控制。电源插座2号引脚接地，3号引脚仅固定插座，1号引脚与电源开关3号引脚连接，电源开关的1、3和4、6号引脚作用相同，作电源正极输出。

4 软件设计

系统上电后，开始初始化各模块，设置定时发送短信时间，当初始化完成各模块开始工作，GPS模块对卫星和信号发出点间距离进行计算，将整理后的数据由其引脚串口传输至单片机，单片机通过定位公式，将该点所在的精度和纬度以及时间高度等信息计算出，并将其经度和纬度以及时间等信息显示在与单片机串口相连的1602液晶显示屏上。然后判断设定的时间是否到达，如果到达则发送短信至设定的SIM卡，调试途中单片机会检测是否有按键按下，若有，单片机操控SIM800发送短信至设定SIM卡，短信内容为经纬度、时间信息。图3为主程序流程图：

图3 软件主程序流程图

该系统通过调试系统静态工作，设置多项参数，结果满足预期目标并且系统运行稳定最终达到迷你定位追踪器更方便的使用效果。

5 结论

本次设计通过使用相应的元器件做出了关于定位寻找孩童的装置，从基本原理剖析开始,再在熟悉了STC89C52单片机的工作原理和应用方式之后，再详尽的剖析了GPS定位模块的基本构造、工作原理以及测试原理的方法，最终以实物调试和总结收尾，完成设计。