基于STM32的新型定位鞋的研究
白旭+刘洪涛+蒋亚文+杨雪梅+龙浩男
摘 要：设计了一款新型定位鞋。以意法半导体公司的STM32F103xRCT6芯片为系统的控制核心，并具有GPS自主定位、GSM短信提醒和系统集成等核心技术。同时该定位鞋能将定位信息通过短信完成与监护人的交互。经实际测试，该产品能达到设计要求。
关键字：STM32F103xRCT6；GPS自主定位；GSM短信提醒
基金项目：西北民族大学2015年国家级大学生创新创业训练计划项目 项目编号：201510742057
随着计算机技术和嵌入式技术的飞速发展，可穿戴设备的功能日益强大，个人对便携式定位产品的需求日益旺盛。由于市场现有的定位鞋在外观上并不是处理的完美无瑕，在定位模块的供电上也有局限性，此外，虽然在实时定位上有较好的稳定性，但是在实时提醒上有很大的欠缺，完不成对适用群体的实时保护，有较多的无用功且价格不低，从而销量一直稳步不前。由于GPS技术所具有的全天候、高精度和自动测量的特点，在穿戴设备中，将GPS定位功能与GSM短信提醒功能相结合具有良好的市场前景。把该功能与出门必备的鞋子结合起来，设计一款局域性实时提醒的新型定位鞋，为老人、孩子和成年特殊人群实时保驾护航。
1 系统方案设计
本设计主要包括一单片机主控系统电路，在所述单片机主控系统电路上连接有一电源装置电路、一定位装置电路和一数据发送装置电路；其中，所述定位装置为GPS模块；所述数据发送装置为GSM模块；所述单片机主控系统电路中的单片机是以STM32F103xRCT6芯片为控制核心的单片机。用户界面为手机短信接收界面。其系统整体结构如图 1 所示。
2 系统硬、软件设计
2.0硬件设计
本设计包括一MCU主控电路，在所述MCU主控模块电路上连接有一供电模块电路、一定位装置电路和一数据发送装置电路；其中，所述MCU主控电路是以STM32F103xRCT6芯片为控制核心的单片机；所述定位装置为NEO-6M-GPS接收器模块，该模块通过RX、TX分别与MCU主控模块的PB10、PB11连接，接收GPS卫星导航系统返回的数据；所述数据发送装置为SIM900A-GSM模块，该模块通过RX、TX分别与MCU主控模块的PA2、PA3连接，在GSM网络环境下发送经过MCU处理后的定位信息到监护人手机。其电路连接如图2所示。
为了增强信号、搜星能力以及定位准确度，在所述的SIM900A GSM模块和NEO-6M GPS接收器模块都连接有外置有源天线。
2.1 软件设计
本设计用到的开发工具主要为Keil uVision4，GPS数据处理用到的算法主要为最小二乘法和卡尔曼滤波算法。软件系统主要分为两个部分：GPS定位部分和GSM短信提醒部分。其程序设计框图如图3所示。
2.1.1 GPS定位部分
先利用一个简单的数逗号方法来解析NMEA-0183协议，将结果存放在通过 gps.h 定义的 m_message 结构体内。然后利用UBX 协议实现 NEO-6M 模组的 5 个配置：保存设置、输出信息设置、串口波特率设置、时钟脉冲设置和输出频率设置。并将当前 NEO-6M模块的配置信息保存到 EEPROM 里面。最后将一批解析好的GPS定位数据发送到主控的串口，从而实现定位功能。
2.1.2 GSM短信提醒部分
首先使用AT+CSCS指令将GSM模块设置为UCS216位通用8字节倍数编码字符集，然后使用AT+CMGF指令设置短消息为文本模式，最后将号码和定位短信内容转为 unicode字符串，通过串口2发送0X1A结束符。从而完成几次定位短信的发送。
3 结束语
本设计可以对任意所选固定区域进行实时监护，一旦被监护对象离开所选定的区域，系统会自动报警。并将被监护对象的具体经纬度发送到监护人的手机，监护人可以通过电脑/手机进行经纬度精确查询并定位，从而知道被监护对象的大概位置。由于本设计以STM32F103xRCT6芯片为控制核心，外接GPS模块和GSM模块，由此构成的稳定性较强的新型定位鞋。经实际测试，该系统具有性能稳定、能耗低、性价比高等特点，具有一定的实用推广价值。
参考文献
[1]卢望. 基于ARM的GPS定位系统的研究与实现[J]. 西安交通大学，2009，3.
[2]童诗白.华成英.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2001.
[3]阎石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2001.
[4]蔡立斌. 基于Android的智能移动设备GPS定位系统设计与实现[J].电脑知识与技术，2012
[5]申悦. 基于GPS数据的北京市郊区巨型社区居民日常活动空间[J]. 地理学报，2013.04.
[6]高星伟，陆明泉.基于时空系统统一的北斗与GPS融合定位[J].测绘学报，2012，05.
作者简介
白旭（1995-），男，汉，内蒙古，本科。
刘洪涛（1981-），男，汉，山东，硕士，讲师，研究方向：嵌入式系统开发。
摘 要：设计了一款新型定位鞋。以意法半导体公司的STM32F103xRCT6芯片为系统的控制核心，并具有GPS自主定位、GSM短信提醒和系统集成等核心技术。同时该定位鞋能将定位信息通过短信完成与监护人的交互。经实际测试，该产品能达到设计要求。
关键字：STM32F103xRCT6；GPS自主定位；GSM短信提醒
基金项目：西北民族大学2015年国家级大学生创新创业训练计划项目 项目编号：201510742057
随着计算机技术和嵌入式技术的飞速发展，可穿戴设备的功能日益强大，个人对便携式定位产品的需求日益旺盛。由于市场现有的定位鞋在外观上并不是处理的完美无瑕，在定位模块的供电上也有局限性，此外，虽然在实时定位上有较好的稳定性，但是在实时提醒上有很大的欠缺，完不成对适用群体的实时保护，有较多的无用功且价格不低，从而销量一直稳步不前。由于GPS技术所具有的全天候、高精度和自动测量的特点，在穿戴设备中，将GPS定位功能与GSM短信提醒功能相结合具有良好的市场前景。把该功能与出门必备的鞋子结合起来，设计一款局域性实时提醒的新型定位鞋，为老人、孩子和成年特殊人群实时保驾护航。
1 系统方案设计
本设计主要包括一单片机主控系统电路，在所述单片机主控系统电路上连接有一电源装置电路、一定位装置电路和一数据发送装置电路；其中，所述定位装置为GPS模块；所述数据发送装置为GSM模块；所述单片机主控系统电路中的单片机是以STM32F103xRCT6芯片为控制核心的单片机。用户界面为手机短信接收界面。其系统整体结构如图 1 所示。
2 系统硬、软件设计
2.0硬件设计
本设计包括一MCU主控电路，在所述MCU主控模块电路上连接有一供电模块电路、一定位装置电路和一数据发送装置电路；其中，所述MCU主控电路是以STM32F103xRCT6芯片为控制核心的单片机；所述定位装置为NEO-6M-GPS接收器模块，该模块通过RX、TX分别与MCU主控模块的PB10、PB11连接，接收GPS卫星导航系统返回的数据；所述数据发送装置为SIM900A-GSM模块，该模块通过RX、TX分别与MCU主控模块的PA2、PA3连接，在GSM网络环境下发送经过MCU处理后的定位信息到监护人手机。其电路连接如图2所示。
为了增强信号、搜星能力以及定位准确度，在所述的SIM900A GSM模块和NEO-6M GPS接收器模块都连接有外置有源天线。
2.1 软件设计
本设计用到的开发工具主要为Keil uVision4，GPS数据处理用到的算法主要为最小二乘法和卡尔曼滤波算法。软件系统主要分为两个部分：GPS定位部分和GSM短信提醒部分。其程序设计框图如图3所示。
2.1.1 GPS定位部分
先利用一个简单的数逗号方法来解析NMEA-0183协议，将结果存放在通过 gps.h 定义的 m_message 结构体内。然后利用UBX 协议实现 NEO-6M 模组的 5 个配置：保存设置、输出信息设置、串口波特率设置、时钟脉冲设置和输出频率设置。并将当前 NEO-6M模块的配置信息保存到 EEPROM 里面。最后将一批解析好的GPS定位数据发送到主控的串口，从而实现定位功能。
2.1.2 GSM短信提醒部分
首先使用AT+CSCS指令将GSM模块设置为UCS216位通用8字节倍数编码字符集，然后使用AT+CMGF指令设置短消息为文本模式，最后将号码和定位短信内容转为 unicode字符串，通过串口2发送0X1A结束符。从而完成几次定位短信的发送。
3 结束语
本设计可以对任意所选固定区域进行实时监护，一旦被监护对象离开所选定的区域，系统会自动报警。并将被监护对象的具体经纬度发送到监护人的手机，监护人可以通过电脑/手机进行经纬度精确查询并定位，从而知道被监护对象的大概位置。由于本设计以STM32F103xRCT6芯片为控制核心，外接GPS模块和GSM模块，由此构成的稳定性较强的新型定位鞋。经实际测试，该系统具有性能稳定、能耗低、性价比高等特点，具有一定的实用推广价值。
参考文献
[1]卢望. 基于ARM的GPS定位系统的研究与实现[J]. 西安交通大学，2009，3.
[2]童诗白.华成英.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2001.
[3]阎石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2001.
[4]蔡立斌. 基于Android的智能移动设备GPS定位系统设计与实现[J].电脑知识与技术，2012
[5]申悦. 基于GPS数据的北京市郊区巨型社区居民日常活动空间[J]. 地理学报，2013.04.
[6]高星伟，陆明泉.基于时空系统统一的北斗与GPS融合定位[J].测绘学报，2012，05.
作者简介
白旭（1995-），男，汉，内蒙古，本科。
刘洪涛（1981-），男，汉，山东，硕士，讲师，研究方向：嵌入式系统开发。
