基于S3C2440A的老人孩子定位監護系統的研究

摘要：進(jìn)入二十一世紀十多年以來(lái)，人口老齡化的增長(cháng)速度加快，獨生子女現象也愈演愈烈，同時(shí)各種危及到老人孩子的事故層出不窮，如拐賣(mài)兒童，老年癡呆癥患者迷路走失等，所以他們的安全成為社會(huì )尤其是親人關(guān)注的重中之重。目前，GPS在民用領(lǐng)域占據重要地位，GSM覆蓋范圍最廣泛。本論文是基于S3C2440A的老人孩子定位監護系統，在Linux環(huán)境下進(jìn)行系統開(kāi)發(fā)，通過(guò)GPS完成了對老人兒童的定位功能，通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò )實(shí)現了中年人對老人孩子的

監護以及老人孩子遇到緊急情況時(shí)，可以實(shí)現SOS報警功能。實(shí)驗表明，老人孩子定位監護系統具有良好的定位功能，且個(gè)人終端能與手機終端進(jìn)行及時(shí)通信，完成監護功能。

關(guān)鍵詞：信息傳輸及系統控制;GPS;GSM;S3C2440A;定位監護系統

現在，由于生活條件和醫療條件越來(lái)越好，人類(lèi)的壽命都有不同程度增長(cháng)，導致老齡化成為問(wèn)題，同時(shí)由于國家計劃生育的有效執行，獨生子女也越來(lái)越多。由于老人孩子本身的局限性，當他們遇到安全問(wèn)題時(shí)不能依靠自己解決，需要中年人的幫助，而作為社會(huì )中堅力量的中年人本身壓力也很大，不能做到對老人孩子的時(shí)時(shí)保護，所以老人孩子的安全監護越來(lái)越成為一個(gè)社會(huì )問(wèn)題。

GPS(全球定位系統)能夠每天二十四小時(shí)為人類(lèi)提供精確的服務(wù)，最早應用于軍事，現在由于其方便靈活、質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的特點(diǎn)，被廣泛的應用于人們日常的生產(chǎn)生活。

GSM(全球移動(dòng)通信系統)是一個(gè)采用時(shí)分多址技術(shù)，網(wǎng)絡(luò )容量很大，接收發(fā)送信息都很靈敏，被廣泛應用的移動(dòng)電話(huà)標準。嵌入式系統是一個(gè)以應用為目的，可移植性高的專(zhuān)

用計算機系統，它的體積很小，方便攜帶，所以很適合本論文所研究的系統。

針對老人孩子安全性這個(gè)現實(shí)問(wèn)題，GPS與GSM的廣闊發(fā)展前景以及嵌入式的現實(shí)應用，本論文提出了一種將GPS定位技術(shù)與GSM通訊技術(shù)融合起來(lái)，以嵌入式系統為整個(gè)系統的核心，構成的老人孩子定位監護系統。主要包括GPS定位功能，協(xié)議解析及通過(guò)GSM與手機通信。

1 系統的整體設計

整個(gè)系統由個(gè)人終端設備，GSM網(wǎng)絡(luò )，手機終端3部分組成。個(gè)人終端設備是整個(gè)系統的關(guān)鍵，它由ARM，GPS/GSM模塊以及一些外圍電路構成，本論文的個(gè)人終端設備可以實(shí)現定位數據的接收、處理和發(fā)送。GSM網(wǎng)絡(luò )是個(gè)人終端系統和手機終端的傳輸介質(zhì)，只要移動(dòng)手機信號覆蓋到的地方，此網(wǎng)絡(luò )永遠“在線(xiàn)”，非常適合應用于對老人兒童的監護。

整個(gè)系統的工作原理如下所示：首先，個(gè)人終端通過(guò)GPS單元接收定位數據，然后通過(guò)ARM提取老人孩子所處的經(jīng)度、緯度信息，可視衛星數目及時(shí)間信息，并將其存儲在

內存中。然后個(gè)人終端通過(guò)CSM網(wǎng)絡(luò )將提取好的定位信息發(fā)送給手機。

2 系統硬件設計

本系統的主要的組成部分有嵌入式處理器，SIM908定位與信息傳輸模塊，電源系統，存儲系統，按鍵及串口。S3C2440A模塊作為主控制芯片，對其他各個(gè)模塊系統的功能進(jìn)行協(xié)調實(shí)現，最終實(shí)現GPS定位，GSM網(wǎng)絡(luò )傳輸的功能。系統的硬件整體架構如圖1所示。

2.1 S3C2440A模塊

S3C2440A模塊是由Samsung公司開(kāi)發(fā)研制的，它的出現是為了解決高端手持設備存在的一些問(wèn)題，它的內核是ARM920T，它的處理器是 16/32位的RISC，主頻最高可達到400 MHz。該模塊的功耗相對起來(lái)比較低，而且具有高速的處理計算能力，能解決一些實(shí)時(shí)性的問(wèn)題。該模塊可支持WinCE，、Linux等系統，由于 Linux系統具有源代碼開(kāi)放，可裁剪等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)常被應用到PDA等設備，本論文就選擇了Linux操作系統。該模塊還集成了外圍存儲控制器、定時(shí)器、3 個(gè)UART通道、通用I/O口等部件。

2.2 SIM 908模塊

SIM908模塊能實(shí)現GPS的定位功能和通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò )通訊的功能，它具有體積小，穩定性高等優(yōu)點(diǎn)，很適合應用于個(gè)人終端的手持設備。

GPS定位系統由3部分構成：具有24顆GPS衛星的空間部分，還有包括主控站數據注入站以及監測站的地面部分、以及用來(lái)接收處理定位信息的用戶(hù)接收部分。日常生活中，我們說(shuō)到的GPS一般只是指用戶(hù)接收部分，本論文研究的內容也是此部分。用戶(hù)設備又包含接收GPS衛星發(fā)出相關(guān)信息的接收機與對接收到的數據進(jìn)行分析處理的數據處理兩部分。GPS定位系統工作的基本原理是，依據已經(jīng)發(fā)射上去的運動(dòng)速率很高的衛星的某一時(shí)刻的瞬間位置作為已知數據，采用的計算方法是空間距離后方交會(huì )，確定出待測點(diǎn)的位置，在本論文中就是個(gè)人終端所在的位置。

GPS單元的接收類(lèi)型為42 chn，冷啟動(dòng)是-143 dBm，時(shí)間是30 s，熱啟動(dòng)時(shí)間1 s，準確定位，精度2.5 mCEP，分定位狀態(tài)和導航狀態(tài)，本論文用到的是定位。

GSM可工作在850/900/1 800/1 900 MHz這4種頻率下，滿(mǎn)足GSM(2/2+)標準，功耗低，本論文所用到的是GSM的短消息(SMS)功能，每條短消息可輸入的字符數不超過(guò)160。

SMS有Block、Text、PDU這幾種模式。其中Block出現較早，現在已經(jīng)不適用，PDU模式編碼解碼較復雜，而且本論文只需傳輸數字與字母，所以使用Text模式最為合適。GSM單元用AT命令對其進(jìn)行控制，文中用到一些基本配置如下：

AT+CMGF=1，發(fā)短信息時(shí)，按照Text;

AT+CMGS=”+8613752565216”，綁定手機號碼13752565216。

3 系統軟件設計

3.1 系統的功能

系統的主要功能有：

1)定位功能：個(gè)人終端的GPS模塊能對當前所處位置進(jìn)行定位，然后通過(guò)串口把定位信息傳輸到終端的S3C2440A處理器上并將信息記錄下來(lái)。

2)數據的傳輸功能：個(gè)人終端通過(guò)GSM模塊綁定一個(gè)手機終端(中國移動(dòng))，兩者之間進(jìn)行信息傳輸，GSM模塊接收手機終端發(fā)送來(lái)的請求GPS信息等短消息，GSM模塊執行相應操作，發(fā)送GPS數據等短消息。

3)SOS報警功能：當老人孩子遇到危險或周?chē)税l(fā)現他們有危險時(shí)，可按下個(gè)人終端上的SOS鍵，發(fā)出報警，綁定好的手機終端可接收到攜帶老人孩子當前位置的短消息。

3.2 GPS的軟件實(shí)現

本論文的GPS定位信息所符合的協(xié)議是NMEA0183協(xié)議，導航的定位語(yǔ)句一般由幀頭、幀尾和幀內的信息組成，包含很多種，如GGA、GLL等。其中，區別語(yǔ)句的關(guān)鍵因素是幀頭，語(yǔ)句確定之后，相應的幀內數據也就確定了。通過(guò)對各數據幀的內容進(jìn)行分析，得到GPS數據的經(jīng)緯度信息、時(shí)間信息以及一些其他相關(guān)信息。本設計用到的語(yǔ)句是RMC和GSV。RMC的格式如下所示：

$GPRMC，1>，2>，3>，4>，5>，6>，7>，8>，9>，10>.11>*hh

本論文定位出的一條語(yǔ)句如下：

$GPRMC，085134.000，A，3913.961348，N，11702.980013，E，0.000，，253.5，270714…A*6C

其中，本論文用到的相關(guān)數據幀的說(shuō)明與例子的對應關(guān)系如表1所示。

GSV的格式如下所示：

$GPGSV，1>，2>，3>，4>，5>，6>，7>，4>，5>，6>.7>*hh

其中3>為顯示衛星的總數目00～12，其他標號在此試驗中未涉及到。

在解析數據時(shí)，需要判別ASCII碼的幀頭是“GPRMC”或是“GPGSV”，若檢驗無(wú)誤，則確定本幀數據是可用數據，通過(guò)對此幀數據的解析，可以獲得當前可視衛星數目、經(jīng)度、緯度及時(shí)間，并存儲。GPS對定位的數據進(jìn)行解析的過(guò)程如圖2所示。

3.3 GSM的軟件實(shí)現

GSM的主要功能是作為一種無(wú)線(xiàn)通道，傳輸GPS數據，同時(shí)它還可接收手機終端的請求命令，GSM的短消息發(fā)送流程圖如圖3所示。

3.4 老人兒童監護系統個(gè)人終端的軟件實(shí)現

首先電腦將應用程序通過(guò)FTP下載到ARM9芯片中并運行程序。則GPS模塊工作并通過(guò)UART1將接收到的符合GPS NAME協(xié)議的數據傳給ARM9，之后對協(xié)議進(jìn)行解析，以及存儲解析之后的數據。當ARM9芯片接收到手機的短信請求或者按下按鍵，GSM模塊通過(guò)UART1從ARM9中得到GPS信息，并將GPS信息通過(guò)短信的形式發(fā)送給手機。

4 老人兒童監控系統的實(shí)驗結果

老人兒童定位監護系統的平臺搭建完成后，要對其進(jìn)行各個(gè)模塊和系統的整體調試。調試分為GPS的準確性調試和GSM的準確性調試。

4.1 GPS的調試

測試GPS單元，查看串口接收到的GPS數據的準確性和實(shí)效性。提取的GPS信息數據如圖4所示。

之后對上述導航電文進(jìn)行解析，得到定位數據。

4.2 GSM的調試

測試GSM單元，本論文中GSM主要實(shí)現GPS數據到手機終端的傳輸，從手機終端上可以看到日期，時(shí)間，經(jīng)度以及緯度信息，如圖5所示。

5 結論

文中提出的一種基于S3C2440A的GPS定位GSM短消息傳輸的老人孩子定位監護系統，并給出了相應的硬件結構圖和G各單元的軟件設計以及兩者協(xié)調工作的軟件流程圖。從實(shí)驗結果我們可以看出，本系統能夠實(shí)現對老人孩子的定位監護功能以及SOS報警功能，系統具有一定的可靠性，應用前景可觀(guān)。