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1、基于 SIM900A儿童防丟器主控端设计 贺女亨 (广东石油化工学院自动化系，茂名 525000) 摘要 ：针对市面儿童防丢器功能单一的情况，设计了一款智能儿童防丢器满足人们需求。防丢器的主 控端采用 STM32F103C控制 SIM900A双频模块实现收发预设短信触发终端以获取终端位置信息和监听终端情 况，并且在终端超过预设距离时发出警报声提醒主控端持有者等功能。通过硬件和软件结合来实现相关功 能，硬件包括 STM32微控制器及其外围模块和 SIM900A模块两部分，软件包括控制模块、信息接收 /发送模 块和 LCD显示模块等。 关 键 词 ：儿童防丢器；主控端； SIM900A; 1 引言
2、 智能儿童防丢器相关产品主要有智能手环、电 话手表等 1_2。前者价格便宜，但功能简单；后者 只能称为缩小版电话，而且价格高昂 3。将二者部 分功能结合，融合一些新的功能，设计一款新的儿 童防丢器满足人们需求。主要包括主控端和终端两 部分，主控端和终端都采用主控芯片 STM32F103C 进行，结合 GSM通信模块和 GPRS基站定位模块实 现相关功能。 主控端实现功能如下：若主控端与终端距离超 过设定范围，主控端发出警报声提醒持有者，警报 声可手动解除或者当进入设定范围后自动解除 4_7; 主控端通过发送预设定短信，触发终端，通过 GPRS 模块进行基站定位获取当前终端位置 8，并将其位 置
3、信息通过 GSM模块以短信形式发送到主控端，或 者通过不同预设短信使终端拨打电话给主控端 9， 使主控端监听到终端的周围声音情况。儿童防丢器 主控端的设计主要包括硬件和软件两部分实现。 2儿童防丢器主控端硬件设计 图 2-1主控端硬件构成框图 如图 2-1所示，儿童防丟器主控端主要包括 STM32微控制器及其外围模块和 SIM900A模块两部 分，通过 RS232进行通信。由主控芯片 STM32控制 SIM900A模块实现拨打电话、收发短信和基本定位 等功能。 2. 1 STM32及其外围模块 STM32F103C主控模块的外围功能模块有电源、 GPIO接口、 RS232串口、 LED灯、LC
4、D显示屏等。 TM32F103C 的工作电压是 3.3V, Cortex-M3 的 电源电压为 2.0-3.6V,通过内置的电压调节器提供 所需的 1.8V电源，具有休眠、停止、待机等三种工 作模式。因此供电模块电路图如图 2-3所示，通过电 压调节器将 5V的电源转为 3.3V供模块使用，再通过 内置电压调节器转为 1.8V供 CPU核心使用。 GPIO 口连接 CPU和片上外设，片上外设有 LED 灯、按键、蜂鸣器等。主控端通过 LED灯的亮灭实 时检测主控端与终端之间的连接通信，当收到来自 终端的信息或报警信号时， LED灯亮，反之灭，检 测到需要发出警报声时驱动有源蜂鸣器发声。 STM
5、32与 SIM900A模块通信的串口电路如图 2-2 所示 ，US ART为全双工异步通讯，接口通过三个引 脚与其他设备连接在一起，其中 RX为接收数据输入 和 TX为发送数据输出。 图 2_2RSZ32串口电路图（参见下页） 2. 2 SIM900A模块 SIM900A使用单电源供电，电源如图 2-4所示， VBAT电压范围是 3.2V-4.8V， 由与发射的突发性会 导致电压跌落，此时电流峰值可达 2A， 因此电源的 供电能力不能低于 2A。 SIM900A电路连接如图 2-5， SIM900A是双频的 GSM/GPRS模块，能实现 GSM通讯和 GPRS定位两 图 2-2RS232串口电
6、路图 项功能。模块的 GSM射频部分用于信息发送和接收， 基带部分主要用于信息的处理， GSM和 GPRS的使 用由 AT指令控制。 图 2-4 SIM900A电源模块 3儿童防丢器主控端程序设计 主控端的程序设 计主要分为三个部分：控制模 块、信息接收 /发送模块和 LCD显示模块。 3.1控制模块 主控端采用 STM32控制 SIM900A， STM32发送 相对应的 AT指令给 SIM900A， SIM900A根据接收到 的指令控制相关的功能，控制模块流程图如图 2-6所 示。STM32工作时，先使能 GPIO口和串口时钟，初 始化相关模块后进入等待状态。当收到终端发来的 报警信息后，通
7、过串口调用相关的发送函数发送 AT 指令给 SIM900A模块， SIM900A模块识别后根据相 关的指令实现相应的发送短信或拨打电话等功能。 图 3-1 STM32控制 SIM900A流程图 系统时钟 （ SYSCLK)是外设的基本时钟源。 通过 RCC_APB1ENR 和 RCC_APB2ENR 两个 32 位寄 存器设 i，每 位 控 制 一 个 外 设 时 钟 。 将 RCC _APB 1ENR的第 1位置 1 使能 TIM3时钟，将 RCC_ APB2ENR的第 3位置 1 使能 GPIO接口的时钟。 初始化 LED灯、 TIM3和 USART1的 GPIO接口时， LED灯的 GP
8、IO接口为 PA5，故配置 GPIOA-CRL寄 存 器 的 2 0 - 2 3 位 成 推 挽 输 出 模 式 ， 再 配 置 GPIOA-ODR输出寄存器，设置为高电平，当接收 到报警信息时将其拉低点亮。 TIM3定时器的接口是 PB5， 因此配置 GPIOB-CRL的 20-23位成复用功能 推挽输出模式。PA9和 PA10是 USART1串口的发送 和接收接口，将 GPIOA-CRH寄存器的 0-3位配置成 复 用 功 能 推 挽 输 出发 送 接 口 的 输 出 模 式 ， 将 GPIOA-CRH寄存器的4-7位配置成上拉 /下拉输入 模式作为串口接收接口的输入模式。 当收到报警信息
9、后，利用 US ART串口的 TX引 脚将 AT指令发送到 SIM900A模块，需首先配置 USART_CR1寄存器激活 USART,再定义每次要发 送的字长和停止位的位数，利用 USART_BRR寄存 器选择相应的波特率，设置 USART_CR1中的 TE位 发送一个空闲帧作为第一次数据发 ，把要发送的 数据 写到 USART_DR寄存器中，当最后一个数据帧 传输结束时， TC位为 1，确认传输结束关闭 USART。 3. 2信息接收 /发送模块 主控端检测到 AT指令时，主控芯片使用 USART 串口传送到 GSM模块将指令识别后，控制 SIM900A 模块实现发送指定信息或拨打终端电话等
10、功能。利 用 SIM900A模块接收短信时，先将 GSM模块用 “AT + CMGF = 1指令设置成文本模式，再使用 AT+CSCS= GSM指令将其设置为缺省字符集， 电子技术设计与应用 Electronics Design & Application 电 冬 技 水 ELECTRONIC TECHNOLOGY 采用 AT+CNMI=2,1 设置新消息提示，最后通过 AT+CMGR=2 指令使 GSM模块在读取位置 2的 短信。发送信息时，先设置 GSM为文本模式和缺省 字符集，再使用 AT+CMGS=. 发送预设短信。 3. 3 TFT-LCD显示控制 TFT-LCD屏控制器为 ILI9
11、341。 通过设置存储 访问控制指令 (0X36)控制 ILI9341存储器的读写方 先清屏，调用函数将背景图片显示，以 (60,50) 和(180,150)作为对角坐标画一个 (120 * 100)的矩形作为 报警信息显示区域，当收到报警信息时，主控芯片 调用字符串显示函数 LCD_ShowString(70,60,100, 80,16, abc) 将收到的报警信息显示出来，之后进入 等待状态，当收到信息时， LCD通过调用清屏函数、 背景设置函数、界面显示函数等设置好报警信息显示 的区域，调用字符串显示函数将信扁、的内容显示， 若没接收信息，则 LCD屏处于等待状态。 4结语 据统计，我国
12、每年大约有 20万儿童走丢，一个 孩子的丢失能同时毁灭三个家庭，而且只有相当少 的孩子能够找回。而目前市面上的儿童防丢器功能 太单 一，所以设计一款在带孩子外出时，儿童与父 母距离过远时发出警报声提醒父母；儿童丢失后， 通过预设按键发送预设短信获取儿童位置信息或监 听儿童周围情况；而且造价低廉的儿童防丢器来满 足人们的需要。 5参考文献 1 王磊 .基于蓝牙 4.0技术的防丢器的研究与设计 D. 太原理工大学 ,2013. 2 霍丙乾 .基于蓝牙 4.0的防丢系统的研究与设计 D. 北京邮电大学， 2015. 3 张艳红，刘建炜，黄万里 .基于移动定位的儿童安 全保障技术研究 J.西南民族大学
13、学报 (自然科学版 ),2015,01:99-106. 4 王闯 ,崔雯博 .基于 STC89C52的无线电子防丢器 的设计 J.无线互联科技 ,2015,01:81 -82. 5 王啸东 ,尤凤翔 .基于单片机的智能防丢器系统 设计 J.河南科技 ,2011,21:61. 6 郭亮，余祖龙 ,赵广山 . 一 种新型防丢器的设计 J. 科技资讯， 2011,34:1. 7 熊中刚，罗素莲 .基于定位模块的防盗防丢定位 系统设计 J.黑龙江科技信息 ,2014,13:69+190. 8 阚力丰 ,郭明明，韩洋 ,林宇豪 .基于蓝牙技术的双 向防丢器的研究与设计 J.电子制作 ,2014,15:1
14、1 -12. 9 刘磊 ,陈栋梁，赵宏伟 ,许耀华 .基于 ARM11和 Sgbee的人员定位防丢器 J.赤峰学院学报 (自然科 学版 ),2012,17:11-13. 作者简介： 贺婷 (1983-)女，湖南株洲人，硕士，讲师， 研究方向为智能控制与信号处理。 电话 ， 15915275135 邮箱： 地址：广东省茂名市广东石油化工学院官渡校 区电信学院自动化系 项目来源： 广东省云机器人 (石油化工 )工程技术研究中心 开放基金 (上接 52页） 学院物理与电子学院教师，硕士 /副教授，主要从事 电子与通信技术研究。 项目基金： 2015年湖南省大学生研究性学习和创新性实验 计划项目 （ 湘教通 2015269号，项目序号： 348) 2013年湖南省大学生创新训练中心建设项目 (湘教通 2013295号，湖南理工学院光电技术及应 用物理创新训练中心 ）