基于STM32的智能兒童防丟書包設(shè)計(jì)

引 言

隨著社會(huì)復(fù)雜度及生活節(jié)奏的加快，兒童走失和被拐賣事件時(shí)有發(fā)生，這種現(xiàn)象刺痛了我們的心[1]。

目前，市面上兒童防丟書包稀少，常見的產(chǎn)品都是智能兒童防丟器，主要包括智能手環(huán)、電話手表等。前者價(jià)格便宜， 但功能簡單；后者只能稱為縮小版的電話，且價(jià)格高昂[2]。此外， 家長周末經(jīng)常帶著孩子外出玩耍，一不留神，小孩就有可能走丟[3]。本文針對(duì)市面上現(xiàn)有產(chǎn)品的缺陷，設(shè)計(jì)了一款兒童防丟書包。該設(shè)計(jì)主要包括終端和主控端兩部分。主控端即為家長的手機(jī)，書包終端通過安裝STM32F103VET6，SIM808 模塊以及藍(lán)牙模塊實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。

本文設(shè)計(jì)的兒童防丟書包主要包含親子游玩模式與遠(yuǎn)程監(jiān)控模式。第一種模式由家長打開手機(jī)預(yù)先安裝好的App， 連接終端裝置上的藍(lán)牙，按下鍵 1選擇親子游玩模式。當(dāng)裝置（兒童位置）距離主控端手機(jī)（家長位置）小于10m（即一般藍(lán)牙的通信距離），裝置和手機(jī)端都不會(huì)報(bào)警提示。但若超出10m的范圍，則藍(lán)牙斷開，裝置上的蜂鳴器報(bào)警，并通過SIM808模塊以短信形式將經(jīng)緯度信息發(fā)送到家長手機(jī)上，且手機(jī) App也將會(huì)進(jìn)行聲音報(bào)警。第二種模式是家長在孩子出門前按下鍵 2，即可通過撥打電話獲悉裝置所在經(jīng)緯度，并通過地圖查詢孩子的具體位置。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)基于STM32 平臺(tái)設(shè)計(jì)，主要包括電源模塊、藍(lán)牙模塊、蜂鳴器模塊、SIM808 模塊、手機(jī)終端。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 1 所示。

STM32 模塊作為整個(gè)裝置的 心臟 ，用于控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行；電源模塊用來給系統(tǒng)供電，是保障系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提；蜂鳴器用來發(fā)聲報(bào)警，提醒家長 ；GPRS 模塊用來實(shí)現(xiàn)與主控制端之間的通信，其上設(shè)有GPS 模塊接口，用于連接GPS 模塊，能夠?qū)崟r(shí)定位系統(tǒng)位置。

1.2 藍(lán)牙模塊設(shè)計(jì)

藍(lán)牙模塊采用HC-06 模塊實(shí)現(xiàn)。該模塊是一塊從機(jī)模塊，在未建立藍(lán)牙連接時(shí)支持通過 AT 指令設(shè)置波特率、名稱、配對(duì)密碼等參數(shù)，還具有掉電保存功能。藍(lán)牙連接后自動(dòng)切換到透傳模式。該模塊的理論通信距離為 10 m。使用前需要配置波特率、名稱、配對(duì)密碼等參數(shù)。

藍(lán)牙模塊的功能是判斷終端裝置（兒童位置）與主控端手機(jī)（家長位置）的距離是否小于 10 m。STM32 通過調(diào)用固件庫函數(shù)讀取藍(lán)牙狀態(tài)輸出腳 state 的輸出電平。高電平表示連接，低電平表示斷開。根據(jù) STM32 讀取該引腳的電平值并判斷藍(lán)牙是否連接，從而決定是否啟動(dòng)蜂鳴器報(bào)警提醒家長。

1.3 GPRS模塊設(shè)計(jì)

GPRS 模塊采用SIM808 模塊。該模塊是高性能工業(yè)級(jí)GSM/GPRS 四頻芯片，集成了 GPS 和藍(lán)牙功能。除了可以實(shí)現(xiàn)電話語音、SMS（短信、彩信）、GPRS 數(shù)據(jù)傳輸外，還具有GPS 定位等功能。使用該模塊之前在程序中通過編寫AT 指令對(duì)其進(jìn)行配置。

GPRS 模塊的功能是實(shí)現(xiàn)主控制端與終端之間的通信， 并通過GPS 模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)定位。觸發(fā)報(bào)警時(shí)，STM32 將采集的經(jīng)緯度信息通過GPRS 模塊以短信形式發(fā)送給主控制端。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)程序流程圖如圖2 所示。該系統(tǒng)主要采用C 語言編程， 在Keil5 平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。流程實(shí)現(xiàn)如下所示：

(1) 書包上的裝置啟動(dòng)后，其上的 STM32單片機(jī)開始進(jìn)行初始化；

(2) STM32掃描兩個(gè)按鍵 1、2的狀態(tài)來決定執(zhí)行哪種模式。當(dāng)執(zhí)行第一種模式時(shí)，單片機(jī)開始檢測(cè)藍(lán)牙連接狀態(tài)， 若連接則程序通過while函數(shù)停留在當(dāng)前指令上；若斷開，則開啟蜂鳴器報(bào)警提醒，并將SIM808 模塊傳來的經(jīng)緯度信息經(jīng)解析后，在中斷中通過 SIM808模塊以短信形式發(fā)送給主控制端，每 10s發(fā)送一次。當(dāng)執(zhí)行第二種模式時(shí)，則家長通過打電話來觸發(fā)中斷程序，在中斷中發(fā)送經(jīng)緯度到主控制端，只發(fā)送一次。發(fā)送完畢后，回到模式二程序的初始位置，等待中斷指令被再次觸發(fā)。

2.2 主控制端App設(shè)計(jì)

主控制端 App 設(shè)計(jì)基于 Android 4.0 及以上的操作系統(tǒng)， 所用開發(fā)工具是使用廣泛的、跨平臺(tái)的 Eclipse 集成開發(fā)環(huán)境。 軟件程序設(shè)計(jì)架構(gòu)流程如圖 3 所示。

2.2.1 主控制端App 程序設(shè)計(jì)

在Eclipse 集成開發(fā)環(huán)境下，設(shè)置手機(jī)界面時(shí)應(yīng)新建一個(gè)Android 項(xiàng)目工程。在創(chuàng)建時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：

(1) 一個(gè) Activity就是一個(gè)類，且該類繼承 Activity；

(2)當(dāng)一個(gè)Activity首次運(yùn)行顯示在手機(jī)上時(shí)就會(huì)調(diào)用Oncreate 復(fù)寫方法；

(3) 任何一個(gè)Activity都需要在AndroidManifest.xml中配置。

(4) 操作藍(lán)牙時(shí)FF0C首先應(yīng)在AndroidManifest. xml 中 加 入 權(quán) 限；<uses-permissionandroid：name= android.permission.BLUETOOTH_ADMIN/><uses-permissionandroid ：name =android.permission. BLUETOOTH/>

(5) 手機(jī)界面的 Textiew文本控件和Button按鈕等控件在Activity中添加。

2.2.2 App界面

App 界面如圖 4 所示。

圖 4 App 界 面

本軟件必須要運(yùn)行在Android 4.0 及以上操作系統(tǒng)，打開App，點(diǎn)擊連接藍(lán)牙，App 會(huì)彈出啟動(dòng)藍(lán)牙的請(qǐng)求界面，點(diǎn)擊允許便可進(jìn)行藍(lán)牙連接。

3 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果

設(shè)計(jì)好系統(tǒng)軟硬件后，將終端裝置固定在書包內(nèi)進(jìn)行測(cè)試。打開手機(jī) App，連接藍(lán)牙，按下按鍵 1，裝置不報(bào)警。將手機(jī)端的藍(lán)牙斷開，裝置上的蜂鳴器響起，裝置報(bào)警。手機(jī)端開始接收來自裝置的經(jīng)緯度信息，每 10 s 接收一次。復(fù)位裝置，按下按鍵 2，撥打電話，手機(jī)收到來自GPRS 模塊發(fā)送的經(jīng)緯度信息，撥打一次便接收一次信息。

4 結(jié) 語

該防丟書包彌補(bǔ)了傳統(tǒng)書包使用功能單一的缺陷，在其基礎(chǔ)上融入了實(shí)時(shí)定位功能，不僅具有實(shí)用性和可靠性，更為現(xiàn)有兒童防丟裝置的產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了一定參考 [4]。