Android系统中GPS定位监护系统的设计

DOI:10.16667/j.issn.2095-1302.2016.11.012

引 言

由于社会的复杂性及较快的生活节奏，儿童走失和被拐卖事件时有发生，这种现象深深刺痛了我们的心。全球定位系统的快速发展和应用在预防儿童丢失方面起到了很好的作用。全球定位系统简称 GPS[1]，由美国于 1994 年建成并投入使用，该系统通过接收导航卫星信号实现了全球覆盖、全天候、连续实时提供高精度的非自主式导航与定位, 很好地解决了导航和定位问题[2]。在军事领域和民用领域都得到广泛的应用和发展，市场上已有许多基于 GPS 技术的产品如车载导航系统、GPS 手持式用户机等，为用户的工作和日常生活带来了极大的便利。

GPS 的基本定位原理是 ：卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息，用户接收到这些信息后，经过计算求出接收机的三维位置、三维方向以及运动速度和时间信息。事实上， 接收机往往可以锁住 4 颗以上的卫星，这时接收机可按卫星的星座分布分成若干组，每组 4 颗，然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位，从而提高精度[3]。

本文以防止儿童丢失为背景，研究GPS技术在便携式佩戴设备中的应用，通过Andriod系统实现手机 App 的开发， 帮助家长随时远程掌握儿童的位置信息。

1 总体方案设计

该智慧定位监护系统总体框图如图 1 所示。该系统的主要模块构成及功能如下所示：

(1) MCU主控制模块采用MSP430芯片实现对人机接口的控制以及对接收到的卫星信号进行处理；

(2) 在室外 GPS信号接收良好时，GPS模块实现对卫星信号的接收，并传输到微控制芯片MSP430f149；

(3) 在室内，卫星信号接收能力较差时，采用 GPRS模块SIM900a基站定位方式，获得定位坐标并传输到主控制器；

(4) 在紧急情况下可以向家长手机发送求助信息。

此外，该系统还开发了基于Android 手机的App，便于家长随时以地图的形式查看孩子的位置。

2 主控制模块设计

系统主控制器采用MSP430 芯片，该芯片外围硬件资源丰富，数据处理速度快，功耗远低于其它系列产品 [2]，在便携式设备的开发中应用广泛。在本设计中MSP430 与GPS 接收模块相连，实现数据传输，并控制液晶显示芯片LCD5110 以实现位置和时间信息的显示。在本设计中采用独立式按键以实现系统设置和紧急求助功能。主控芯片MSP430 电路图如图 2 所示。

3 GPS信号接收模块设计

GPS 接收模块采用高性能的NEO-6M 模组，具有 50 个通道，模块自带高性能无源陶瓷天线，追踪灵敏度高，兼容3.3 V/5 V 电平，可以直接与单片机连接，连接图如图 3 所示。GPS 模块的 RXD、TXD 引脚分别与 MSP430 芯片的 P3.4、P3.5 引脚相连，实现定位信息的串行输出，且该GPS 芯片自带串行接口引脚SCL、SDA，可与存储器连接，对定位信息进行保存。其硬件电路如图 3 所示。

GPS 接收模块在某一时刻接收到 4 颗以上的 GPS 卫星 信号导航电文，采用 NMEA-0183 协议计算定位数据的输出格 式为 ASCII 码字符串，该格式称为帧，比较直观且易于处理， 在许多高级语言中都可以直接进行判别、分离，提取用户所需 要的数据 [4]

。其格式形如：$aaccc,ddd,ddd,…,ddd*hh(CR)(LF)。

(1) $: 帧命令起始位。

(2) aaccc ：地址域，前两位为识别符，后三位是语句名。

(3) ddd，…，ddd ：数据。

(4) *：校验和前缀，也可以作为语句数据结束的标志。

(5) hh：校验和，$ 与 * 之间所有字符 ASCII 码的校验和。

(6)(CR)(LF) ：帧结束，回车和换行符。

NMEA-0183 常用命令行如表 1 所列。

4 GPRS 远程通信模块设计

 本定位监护系统为了实现实时、灵敏的定位目标，当位于 室内时卫星信号微弱，可采用 GPRS 网络进行位置信息的远程 传输。选用一款性能强大的 GSM/GPRS 模块芯片 SIM900A， 可以内置用户程序，连接 SIM 卡时可远程发送位置信息和紧 急求助信号。其硬件电路如图 4 所示。

5 系统调试

根据上述电路图，软件部分采用 C 语言编程实现，系统 初始化完成对各外围芯片的参数设置，GPS 信号的接收通过 串行通信接口实现，并在微处理器中进行数据处理和定位信 息的计算。系统流程图如图 5 所示。

通过实物的软硬件联合调试可实现 GPS 信号的接收和显 示，并在室内采用 GPRS 技术进行基站定位，取得了良好的效 果。根据文献 [5,6] 在 Andriod 手机系统下开发了App 软件， 显示实时定位信息。实物调试图如图 6 所示。

6 结 语

该系统实现了如下几项功能 ：

（1）采用低功耗控制器，提高了该定位系统的待机时间。

（2）在室外时采用 GPS 定位，定位准确 ；在室内，当 GPS 信号接收能力较差时，系统切换至基站定位，因此本手 环无论在室内还是室外都能获得良好的定位能力。

（3）方便监管者监护低功能及特殊人群，携带者遇到危 险时也可及时发送求救信号，保障生命安全。

（4）产品适用范围广，结构简单，成本低，稍加调整即可 用于车辆、物体等的定位。