基于S3C2440A 的老人孩子定位监护系统的研究

武 一， 任海莉

（河北工业大学 信息工程学院， 天津 300401）

现在，由于生活条件和医疗条件越来越好，人类的寿命都有不同程度增长，导致老龄化[1]成为问题，同时由于国家计划生育的有效执行，独生子女[2]也越来越多。 由于老人孩子本身的局限性， 当他们遇到安全问题时不能依靠自己解决，需要中年人的帮助，而作为社会中坚力量的中年人本身压力也很大，不能做到对老人孩子的时时保护，所以老人孩子的安全监护越来越成为一个社会问题。

GPS（全球定位系统）能够每天二十四小时为人类提供精确的服务，最早应用于军事，现在由于其方便灵活、质优价廉的特点，被广泛的应用于人们日常的生产生活。

GSM（全球移动通信系统）是一个采用时分多址技术，网络容量很大，接收发送信息都很灵敏，被广泛应用的移动电话标准。 嵌入式系统[3]是一个以应用为目的，可移植性高的专用计算机系统，它的体积很小，方便携带，所以很适合本论文所研究的系统。

针对老人孩子安全性这个现实问题，GPS 与GSM 的广阔发展前景以及嵌入式的现实应用，本论文提出了一种将GPS定位技术与GSM 通讯技术融合起来， 以嵌入式系统为整个系统的核心，构成的老人孩子定位监护系统。 主要包括GPS定位功能，协议解析及通过GSM 与手机通信。

1 系统的整体设计

整个系统由个人终端设备，GSM 网络， 手机终端3 部分组成。个人终端设备是整个系统的关键，它由ARM，GPS/GSM模块以及一些外围电路构成，本论文的个人终端设备可以实现定位数据的接收、处理和发送。 GSM 网络是个人终端系统和手机终端的传输介质， 只要移动手机信号覆盖到的地方，此网络永远“在线”，非常适合应用于对老人儿童的监护。

整个系统的工作原理如下所示： 首先， 个人终端通过GPS 单元接收定位数据， 然后通过ARM 提取老人孩子所处的经度、纬度信息，可视卫星数目及时间信息，并将其存储在内存中。 然后个人终端通过GSM 网络将提取好的定位信息发送给手机。

2 系统硬件设计

本系统的主要的组成部分有嵌入式处理器，SIM908 定位与信息传输模块， 电源系统， 存储系统， 按键及串口。S3C2440A 模块作为主控制芯片， 对其他各个模块系统的功能进行协调实现， 最终实现GPS 定位，GSM 网络传输的功能。 系统的硬件整体架构如图1 所示。

图1 系统的硬件整体架构Fig. 1 The whole system architecture hadrware

2.1 S3C2440A 模块

S3C2440A 模块是由Samsung 公司开发研制的， 它的出现是为了解决高端手持设备存在的一些问题， 它的内核是ARM920T，它的处理器是16/32 位的RISC，主频最高可达到400 MHz。该模块的功耗相对起来比较低，而且具有高速的处理计算能力， 能解决一些实时性的问题。 该模块可支持WinCE，、Linux 等系统， 由于Linux 系统具有源代码开放，可裁剪等优点， 经常被应用到PDA 等设备， 本论文就选择了Linux 操作系统。 该模块还集成了外围存储控制器、定时器、3个UART 通道、通用I/O 口等部件。

2.2 SIM 908 模块

SIM908 模块能实现GPS 的定位功能和通过GSM 网络通讯的功能，它具有体积小，稳定性高等优点，很适合应用于个人终端的手持设备。

GPS 定位系统由3 部分构成： 具有24 颗GPS 卫星的空间部分， 还有包括主控站数据注入站以及监测站的地面部分、以及用来接收处理定位信息的用户接收部分[4]。 日常生活中，我们说到的GPS 一般只是指用户接收部分，本论文研究的内容也是此部分。用户设备又包含接收GPS 卫星发出相关信息的接收机与对接收到的数据进行分析处理的数据处理两部分。 GPS 定位系统工作的基本原理是，依据已经发射上去的运动速率很高的卫星的某一时刻的瞬间位置作为已知数据，采用的计算方法是空间距离后方交会，确定出待测点的位置，在本论文中就是个人终端所在的位置[5]。

GPS 单元的接收类型为42 chn， 冷启动是－143 dBm，时间是30 s，热启动时间1 s，准确定位，精度＜2.5 mCEP，分定位状态和导航状态，本论文用到的是定位。

GSM 可工作在850/900/1 800/1 900 MHz 这4 种频率下，满足GSM（2/2+）标准，功耗低，本论文所用到的是GSM 的短消息（SMS）[6]功能，每条短消息可输入的字符数不超过160。

SMS 有Block、Text、PDU 这几种模式。 其中Block 出现较早，现在已经不适用，PDU 模式编码解码较复杂，而且本论文只需传输数字与字母，所以使用Text 模式最为合适。 GSM 单元用AT 命令对其进行控制，文中用到一些基本配置如下：

AT+CMGF=1，发短信息时，按照Text；

AT +CMGS = ” +8613752565216”， 绑 定 手 机 号 码13752565216。

3 系统软件设计

3.1 系统的功能

系统的主要功能有：

1）定位功能：个人终端的GPS 模块能对当前所处位置进行定位， 然后通过串口把定位信息传输到终端的S3C2440A处理器上并将信息记录下来。

2）数据的传输功能：个人终端通过GSM 模块绑定一个手机终端（中国移动），两者之间进行信息传输，GSM 模块接收手机终端发送来的请求GPS 信息等短消息，GSM 模块执行相应操作，发送GPS 数据等短消息。

3）SOS 报警功能：当老人孩子遇到危险或周围人发现他们有危险时，可按下个人终端上的SOS 键，发出报警，绑定好的手机终端可接收到携带老人孩子当前位置的短消息。

3.2 GPS 的软件实现

本论文的GPS 定位信息所符合的协议是NMEA0183 协议[7]，导航的定位语句一般由帧头、帧尾和帧内的信息组成，包含很多种，如GGA、GLL 等。 其中，区别语句的关键因素是帧头，语句确定之后，相应的帧内数据也就确定了。 通过对各数据帧的内容进行分析，得到GPS 数据的经纬度信息、时间信息以及一些其他相关信息。 本设计用到的语句是RMC 和GSV。 RMC 的格式如下所示:

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

本论文定位出的一条语句如下：

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

其中，本论文用到的相关数据帧的说明与例子的对应关系如表1 所示。

表1 RMC 格式Tab. 1 RMC format

GSV 的格式如下所示：

$GPGSV，＜1＞，＜2＞，＜3＞，＜4＞，＜5＞，＜6＞，＜7＞，＜4＞，＜5＞，＜6＞，＜7＞*hh＜CR＞＜LF＞

其中＜3＞为显示卫星的总数目00～12，其他标号在此试验中未涉及到。

在解析数据时， 需要判别ASCII 码的帧头是“GPRMC”或是“GPGSV”，若检验无误，则确定本帧数据是可用数据，通过对此帧数据的解析，可以获得当前可视卫星数目、经度、纬度及时间，并存储。 GPS 对定位的数据进行解析的过程如图2 所示。

图2 GPS 软件流程图Fig. 2 GPS software flowchat

3.3 GSM 的软件实现

GSM 的主要功能是作为一种无线通道，传输GPS 数据，同时它还可接收手机终端的请求命令，GSM 的短消息发送流程图如图3 所示。

图3 发送短消息的流程图Fig. 3 Flowchat to send a short message

3.4 老人儿童监护系统个人终端的软件实现

首先电脑将应用程序通过FTP 下载到ARM9 芯片中并运行程序。 则GPS 模块工作并通过UART1 将接收到的符合GPS NAME 协议的数据传给ARM9，之后对协议进行解析，以及存储解析之后的数据。 当ARM9 芯片接收到手机的短信请求或者按下按键，GSM 模块通过UART1 从ARM9 中得到GPS 信息，并将GPS 信息通过短信的形式发送给手机。

4 老人儿童监控系统的实验结果

老人儿童定位监护系统的平台搭建完成后，要对其进行各个模块和系统的整体调试。调试分为GPS 的准确性调试和GSM 的准确性调试。

4.1 GPS 的调试

测试GPS 单元， 查看串口接收到的GPS 数据的准确性和实效性。 提取的GPS 信息数据如图4 所示。

图4 定位出的导航电文Fig. 4 Locate the navigation message

之后对上述导航电文进行解析，得到定位数据。

4.2 GSM 的调试

测试GSM 单元，本论文中GSM 主要实现GPS 数据到手机终端的传输，从手机终端上可以看到日期，时间，经度以及纬度信息，如图5 所示。

图5 手机终端接收到的GPS 定位数据Fig. 5 Mobile terminal receines GPS location data

5 结 论

文中提出的一种基于S3C2440A 的GPS 定位GSM 短消息传输的老人孩子定位监护系统，并给出了相应的硬件结构图和G 各单元的软件设计以及两者协调工作的软件流程图。从实验结果我们可以看出，本系统能够实现对老人孩子的定位监护功能以及SOS 报警功能， 系统具有一定的可靠性，应用前景可观。

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