| 标题 | 基于单片机应用的智能拐杖设计 |
| 范文 | 蒋逸飞 武汝剑 朱国杰 吴勇国 摘 要：单片机已经渗入人们生活的各个领域，很难找到哪些领域没有单片机的痕迹。文章中设计的智能拐杖系统是由主控制器模块、GSM模块、SIM900A电路、GPS模块电路、液晶显示模块、电源模块组成的一个基于MSP430F149单片机，结合固定电话或移动通信的系统。通过手机短信可以查询到老人现在所处的位置，同时设备也可以做到实时显示定位，并且通过GSM技术将信息传输给主控制器，进行信息处理，做出正确的判断。 关键词：MSP430单片机；GSM；GPS；LCD1602；短信传输 中国从1999年开始，进入了老龄社会。中国政府高度重视和解决人口老龄化问题，积极发展老龄事业。然而，中国的人口老龄化问题所造成影响正在逐步体现出来。例如，老年人会因身体原因而摔倒，以及走失等一些问题。在大多数城市，每天各街道派出所都会接到老人走失的报警电话。此问题一方面花费了大量的人力物力，另一方面也对老年人的健康有着一定的影响。因此，本文提出了一个防走失拐杖的课题。围绕此课题国内外尚没有成体系的理论，但有许多类似的理论和成果，并且已经应用到实际生活当中去。进行这次课程设计的目的是希望能设计出一套比较完善的设计方案。 1 系统的功能分析及体系结构设计 1.1 系统总体结构 本设计的核心为单片机。除此之外，各有3个输入输出模块。输入模块包含：电源以及降压电路，按键电路，GPS模块。输出模块包含GSM模块、LCD液晶显示模块、LED灯电路（见图1）。 1.2 系统设计思路及功能 本产品主要通过GPS模块来实现定位功能，通过GSM模块实现数据传输功能，通过液晶显示模块来实现位置信息的显示，并通过电源对整个系统进行供电。初步确定的工作流程大致如下：在电源开关打开之后，液晶显示屏上显示经纬度信息，发送短信到指定的SIM卡上之后，可以得到实时的经纬度信息的回复短信。本设计中，整个电路由GPS芯片接收卫星发出的经纬度信息，经过处理器处理显示在LCD显示屏上。当接收到短信的信号时，将经纬度信息发送到发短信的手机上。 2 硬件电路的设计 2.1 主控芯片的设计 基于MSP430F149具有精简指令集、超低功耗，可靠性高、功耗低、扩展灵活、体积小、价格低和使用方便等优点，我们选择此型号的单片机作为此设计的核心板[1]。在系统中共有1种活动模式（Activity Mode，AM）和5种低功耗模式（LPM 0～LPM 4）。在等待方式下，耗电为 0.7 μA，在节电方式下，最低可达 0.1 μA 。本设计中需要外接的5 V移动电源进行供电，因此，基于MSP430f149超低功耗的特点，我们选用此芯片作为CPU部分，旨在使产品可以长时间地稳定工作。同时，基于MSP430的拥有通信模块寄存器，我们可以以此来实现GSM短信通信电路。 2.2 GSM模块电路 本系统选择SIM800A模块实现对系统的远程短信信息交互。SIM800A是一款GSM/GPRS模块，为SMT封装。其主要的特点：性能稳定，外观小巧，性价比高，只要插上SIM卡即可使用[2]。基于以上的特点，该GSM模块使用起来非常的便捷。SIM800A工作频率为GSM/GPRS 900/1 800 MHz，可以低功耗实现语音、SMS和数据信息的传输。SIM800A尺寸为24 mm×24 mm×3 mm，能适用于各种紧凑型产品设计需求。在此产品中，将单片机采集并处理后的经纬度数据通过UART端口传送到GSM模块，而后便可以发送到特定的手机号码。 2.3 GPS模块电路设计 本系统选择NEO-6M GPS模块对位置信息的获取。BLOX-NEO-6M-0-001有50个通道的u-blox引擎，一百多万个有效相关器，热启动和辅助启动首次定位时间小于1 s[3]。-162 dBm的SuperSense捕获和跟踪灵敏度，具备KickStart功能，信号微弱时可实现加速启动。支持AssistNow Online和AssistNow Offline等A-GPS服务。该型号的GPS模块还包含了一个天线的部分。通过天线来接收卫星的信号，并加以处理来实现定位功能。此模块在工作时，天线必须没有遮挡。否则有可能会出现定位不成功或者是定位不准确的情况。 2.4 LCD1602显示设计 我们的设计是要求本设计能实现在液晶屏幕上显示经纬度的功能。因此，选择1602型号的液晶。LCD1602液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，即可以显示出图形。相对于12864液晶，1602型号的液晶更加小巧，比较符合产品本身使用灵活简便的特点。在本设计中，将液晶的引脚同主芯片的引脚对应相连，通过液晶驱动程序加以显示，如图2所示。 3 软件设计 本设计用C语言作为汇编语言[4-5]。正常情况下，该设备处于待机状态。当接收到短信时，指示灯闪烁，单片机执行中断程序，将接收到的卫星信号转化为定位信息，转换完毕后将定位信息返回给单片机。MSP430F149将此信息通过GSM模块以短信发送给特定手机。本设计中，液晶模块每隔10 ms进行一次数据更新，将接收到的最新的GPS信号输出在LCD1602屏幕上。 4 结语 在当下飞速发展的时代中，智能化以及物聯网的发展将是一种必然趋势，该防走失拐杖用智能的手段很好地解决了老人走失的问题，针对日益严重的人口老龄化现象，做出了较好的应对方案。 [参考文献] [1]胡汉才.单片机原理及系统设计[M].北京：清华大学出版社，2002. [2]孙宝元，杨宝清.传感器及其应用手册[M].北京：机械工业出版社，2005. [3]赵小兰，胡征，王培坤，等.多功能自行车码表设计[J].电子测试，2013（10）：1-2. [4]郑人杰.计算机软件测试技术[M].北京：清华大学出版社，1992. [5]谭浩强.C程序设计[M].3版.北京：清华大学出版社，2005. |
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