基于S3C2440A的老人孩子定位監(jiān)護系統(tǒng)的研究

摘要：進入二十一世紀十多年以來，人口老齡化的增長速度加快，獨生子女現(xiàn)象也愈演愈烈，同時各種危及到老人孩子的事故層出不窮，如拐賣兒童，老年癡呆癥患者迷路走失等，所以他們的安全成為社會尤其是親人關注的重中之重。目前，GPS在民用領域占據(jù)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(jiān)護系統(tǒng)，在Linux環(huán)境下進行系統(tǒng)開發(fā)，通過GPS完成了對老人兒童的定位功能，通過GSM網(wǎng)絡實現(xiàn)了中年人對老人孩子的

監(jiān)護以及老人孩子遇到緊急情況時，可以實現(xiàn)SOS報警功能。實驗表明，老人孩子定位監(jiān)護系統(tǒng)具有良好的定位功能，且個人終端能與手機終端進行及時通信，完成監(jiān)護功能。

關鍵詞：信息傳輸及系統(tǒng)控制;GPS;GSM;S3C2440A;定位監(jiān)護系統(tǒng)

現(xiàn)在，由于生活條件和醫(yī)療條件越來越好，人類的壽命都有不同程度增長，導致老齡化成為問題，同時由于國家計劃生育的有效執(zhí)行，獨生子女也越來越多。由于老人孩子本身的局限性，當他們遇到安全問題時不能依靠自己解決，需要中年人的幫助，而作為社會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時保護，所以老人孩子的安全監(jiān)護越來越成為一個社會問題。

GPS(全球定位系統(tǒng))能夠每天二十四小時為人類提供精確的服務，最早應用于軍事，現(xiàn)在由于其方便靈活、質(zhì)優(yōu)價廉的特點，被廣泛的應用于人們?nèi)粘５纳a(chǎn)生活。

GSM(全球移動通信系統(tǒng))是一個采用時分多址技術，網(wǎng)絡容量很大，接收發(fā)送信息都很靈敏，被廣泛應用的移動電話標準。嵌入式系統(tǒng)是一個以應用為目的，可移植性高的專

用計算機系統(tǒng)，它的體積很小，方便攜帶，所以很適合本論文所研究的系統(tǒng)。

針對老人孩子安全性這個現(xiàn)實問題，GPS與GSM的廣闊發(fā)展前景以及嵌入式的現(xiàn)實應用，本論文提出了一種將GPS定位技術與GSM通訊技術融合起來，以嵌入式系統(tǒng)為整個系統(tǒng)的核心，構成的老人孩子定位監(jiān)護系統(tǒng)。主要包括GPS定位功能，協(xié)議解析及通過GSM與手機通信。

1 系統(tǒng)的整體設計

整個系統(tǒng)由個人終端設備，GSM網(wǎng)絡，手機終端3部分組成。個人終端設備是整個系統(tǒng)的關鍵，它由ARM，GPS/GSM模塊以及一些外圍電路構成，本論文的個人終端設備可以實現(xiàn)定位數(shù)據(jù)的接收、處理和發(fā)送。GSM網(wǎng)絡是個人終端系統(tǒng)和手機終端的傳輸介質(zhì)，只要移動手機信號覆蓋到的地方，此網(wǎng)絡永遠“在線”，非常適合應用于對老人兒童的監(jiān)護。

整個系統(tǒng)的工作原理如下所示：首先，個人終端通過GPS單元接收定位數(shù)據(jù)，然后通過ARM提取老人孩子所處的經(jīng)度、緯度信息，可視衛(wèi)星數(shù)目及時間信息，并將其存儲在

內(nèi)存中。然后個人終端通過CSM網(wǎng)絡將提取好的定位信息發(fā)送給手機。

2 系統(tǒng)硬件設計

本系統(tǒng)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(tǒng)，存儲系統(tǒng)，按鍵及串口。S3C2440A模塊作為主控制芯片，對其他各個模塊系統(tǒng)的功能進行協(xié)調(diào)實現(xiàn)，最終實現(xiàn)GPS定位，GSM網(wǎng)絡傳輸?shù)墓δ堋Ｏ到y(tǒng)的硬件整體架構如圖1所示。

2.1 S3C2440A模塊

S3C2440A模塊是由Samsung公司開發(fā)研制的，它的出現(xiàn)是為了解決高端手持設備存在的一些問題，它的內(nèi)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比較低，而且具有高速的處理計算能力，能解決一些實時性的問題。該模塊可支持WinCE，、Linux等系統(tǒng)，由于 Linux系統(tǒng)具有源代碼開放，可裁剪等優(yōu)點，經(jīng)常被應用到PDA等設備，本論文就選擇了Linux操作系統(tǒng)。該模塊還集成了外圍存儲控制器、定時器、3 個UART通道、通用I/O口等部件。

2.2 SIM 908模塊

SIM908模塊能實現(xiàn)GPS的定位功能和通過GSM網(wǎng)絡通訊的功能，它具有體積小，穩(wěn)定性高等優(yōu)點，很適合應用于個人終端的手持設備。

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

GPS單元的接收類型為42 chn，冷啟動是-143 dBm，時間是30 s，熱啟動時間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(shù)不超過160。

SMS有Block、Text、PDU這幾種模式。其中Block出現(xiàn)較早，現(xiàn)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(shù)字與字母，所以使用Text模式最為合適。GSM單元用AT命令對其進行控制，文中用到一些基本配置如下：

AT+CMGF=1，發(fā)短信息時，按照Text;

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

3 系統(tǒng)軟件設計

3.1 系統(tǒng)的功能

系統(tǒng)的主要功能有：

1)定位功能：個人終端的GPS模塊能對當前所處位置進行定位，然后通過串口把定位信息傳輸?shù)浇K端的S3C2440A處理器上并將信息記錄下來。

2)數(shù)據(jù)的傳輸功能：個人終端通過GSM模塊綁定一個手機終端(中國移動)，兩者之間進行信息傳輸，GSM模塊接收手機終端發(fā)送來的請求GPS信息等短消息，GSM模塊執(zhí)行相應操作，發(fā)送GPS數(shù)據(jù)等短消息。

3)SOS報警功能：當老人孩子遇到危險或周圍人發(fā)現(xiàn)他們有危險時，可按下個人終端上的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的軟件實現(xiàn)

本論文的GPS定位信息所符合的協(xié)議是NMEA0183協(xié)議，導航的定位語句一般由幀頭、幀尾和幀內(nèi)的信息組成，包含很多種，如GGA、GLL等。其中，區(qū)別語句的關鍵因素是幀頭，語句確定之后，相應的幀內(nèi)數(shù)據(jù)也就確定了。通過對各數(shù)據(jù)幀的內(nèi)容進行分析，得到GPS數(shù)據(jù)的經(jīng)緯度信息、時間信息以及一些其他相關信息。本設計用到的語句是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，本論文用到的相關數(shù)據(jù)幀的說明與例子的對應關系如表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(wèi)星的總數(shù)目00～12，其他標號在此試驗中未涉及到。

在解析數(shù)據(jù)時，需要判別ASCII碼的幀頭是“GPRMC”或是“GPGSV”，若檢驗無誤，則確定本幀數(shù)據(jù)是可用數(shù)據(jù)，通過對此幀數(shù)據(jù)的解析，可以獲得當前可視衛(wèi)星數(shù)目、經(jīng)度、緯度及時間，并存儲。GPS對定位的數(shù)據(jù)進行解析的過程如圖2所示。

3.3 GSM的軟件實現(xiàn)

GSM的主要功能是作為一種無線通道，傳輸GPS數(shù)據(jù)，同時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(jiān)護系統(tǒng)個人終端的軟件實現(xiàn)

首先電腦將應用程序通過FTP下載到ARM9芯片中并運行程序。則GPS模塊工作并通過UART1將接收到的符合GPS NAME協(xié)議的數(shù)據(jù)傳給ARM9，之后對協(xié)議進行解析，以及存儲解析之后的數(shù)據(jù)。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UART1從ARM9中得到GPS信息，并將GPS信息通過短信的形式發(fā)送給手機。

4 老人兒童監(jiān)控系統(tǒng)的實驗結果

老人兒童定位監(jiān)護系統(tǒng)的平臺搭建完成后，要對其進行各個模塊和系統(tǒng)的整體調(diào)試。調(diào)試分為GPS的準確性調(diào)試和GSM的準確性調(diào)試。

4.1 GPS的調(diào)試

測試GPS單元，查看串口接收到的GPS數(shù)據(jù)的準確性和實效性。提取的GPS信息數(shù)據(jù)如圖4所示。

之后對上述導航電文進行解析，得到定位數(shù)據(jù)。

4.2 GSM的調(diào)試

測試GSM單元，本論文中GSM主要實現(xiàn)GPS數(shù)據(jù)到手機終端的傳輸，從手機終端上可以看到日期，時間，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?shù)睦先撕⒆佣ㄎ槐O(jiān)護系統(tǒng)，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(diào)工作的軟件流程圖。從實驗結果我們可以看出，本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對老人孩子的定位監(jiān)護功能以及SOS報警功能，系統(tǒng)具有一定的可靠性，應用前景可觀。