基于STM32單片機(jī)的智能防丟手環(huán)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

Ⅰ基于STM32單片機(jī)的智能防丟手環(huán)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要：如今，信息化時(shí)代正處于高速發(fā)展階段，在新一代的信息技術(shù)手段中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)高速發(fā)展，占有了很大的市場(chǎng)份額，有著不可取代的地位。利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)解決社會(huì)上關(guān)注的問(wèn)題，也日漸成為了科技創(chuàng)新的一大重要意義。當(dāng)今社會(huì)，老年人走失，幼童被拐等弱勢(shì)群體遭遇危險(xiǎn)的社會(huì)問(wèn)題頻頻發(fā)生，為解了決諸如此類(lèi)的問(wèn)題，以提高弱勢(shì)群體獨(dú)自外出的安全性為目的，本項(xiàng)目基于STM32單片機(jī)，設(shè)計(jì)出一款智能型防丟手環(huán)，在用戶(hù)外出遇到危險(xiǎn)時(shí)，可以及時(shí)快捷地向家人或者朋友發(fā)送自己所處的位置信息，以尋求幫助，從而為弱勢(shì)群體出行提供安全保障。本設(shè)計(jì)采用STM32作為控制芯片，外接GPS模塊與GSM模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。系統(tǒng)的信息傳輸，即系統(tǒng)發(fā)送指定的定位信息到用戶(hù)手機(jī)上是通過(guò)GSM模塊。分部分設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件，可以大大降低該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的智能手環(huán)定位等電子產(chǎn)品的工作時(shí)間長(zhǎng)且較為穩(wěn)定，數(shù)據(jù)不易改變，方便使用者外出攜帶。關(guān)鍵詞：STM32；GPS模塊；GSM模塊1目錄1緒論 緒論1.1研究背景社會(huì)的進(jìn)步促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，而科學(xué)技術(shù)的發(fā)展又反過(guò)來(lái)作用于人類(lèi)社會(huì)，為人服務(wù)?，F(xiàn)代生活隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，“物聯(lián)網(wǎng)”這一詞語(yǔ)逐漸進(jìn)入到我們的日常生活之中。但在我國(guó)商業(yè)發(fā)展的影響下，在展覽館內(nèi)仍然有一些未能突破的技術(shù)難題，因而使得一些電子技術(shù)相關(guān)的產(chǎn)品沒(méi)有融入到我們的日常生活中。所謂的“萬(wàn)物相聯(lián)”，就是將所有實(shí)際存在的物體通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)將其連接在一起，將人這一主體與各種事物聯(lián)系起來(lái)，并對(duì)所連接的事物或主體進(jìn)行跟蹤和搜索，從而使這些電子技術(shù)產(chǎn)品產(chǎn)生一定的效果并且可以實(shí)時(shí)檢測(cè)到。在電子信息技術(shù)的發(fā)展與帶動(dòng)下，目前我們所使用的電子技術(shù)相關(guān)產(chǎn)品在日常工作和生活中也有了相應(yīng)的位置與重要意義，同時(shí)也對(duì)社會(huì)通信水平的提高起到一定推動(dòng)作用。例如，目前設(shè)計(jì)的多種智能手環(huán)、殘疾人所使用的輔助拐杖以及日常生活中兒童所使用的智能手表都是為了解決生活中老人、兒童丟失或聯(lián)系不方便這些基本問(wèn)題而開(kāi)發(fā)的?，F(xiàn)在為止，單片機(jī)正在朝著更好的方向發(fā)展，我們?nèi)粘Ｋ褂玫碾娮赢a(chǎn)品，其未來(lái)將會(huì)更進(jìn)一步向耗能較低、體積較小且容量較大、使用性能較高、出售價(jià)格較低等幾個(gè)方面發(fā)展。STM32系列單片機(jī)的處理器實(shí)時(shí)性能較高、具有自動(dòng)控制能量消耗以及比較獨(dú)特等優(yōu)點(diǎn)，能最大程度地集成整合、比較用戶(hù)的開(kāi)發(fā)、也可使該系統(tǒng)相關(guān)的電子產(chǎn)品快速地進(jìn)入市場(chǎng)。1.2需求分析科學(xué)技術(shù)的重點(diǎn)是促進(jìn)越來(lái)越多的電子產(chǎn)品的進(jìn)步，從而更好地服務(wù)于人。在我們現(xiàn)在的日常生活中，諸如拐賣(mài)兒童、老年人流離失所的社會(huì)問(wèn)題逐漸嚴(yán)重起來(lái)。本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)靈感就來(lái)源于不久前發(fā)生在湖北省十堰市的一起真實(shí)事件，一位女大學(xué)生在其家附近的公園里晨跑，失蹤遇害。而事件發(fā)生后，據(jù)女孩的父親回憶，女孩曾給父親打過(guò)電話(huà)，疑似求救，可能礙于女孩當(dāng)時(shí)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)不方便說(shuō)話(huà)，而父親當(dāng)時(shí)未能意識(shí)到女孩的處境，導(dǎo)致悲劇的發(fā)生。這一事件的發(fā)生立即引起廣大網(wǎng)友對(duì)社會(huì)安全問(wèn)題的討論，同時(shí)引發(fā)了我的深入思考，如果可以擁有一款定位精準(zhǔn)、方便實(shí)用的防丟裝置，有時(shí)可以發(fā)揮出十分關(guān)鍵的作用，而目前我們用來(lái)防丟失的裝置基本都存在一些問(wèn)題，像是無(wú)法單獨(dú)使用、無(wú)法準(zhǔn)確定位、無(wú)報(bào)警示意等?；诳茖W(xué)技術(shù)為人們服務(wù)的目的和宗旨，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種智能型防丟失的裝置，用來(lái)防止兒童的走失、老年人因記憶原因找不到家、弱勢(shì)群體出門(mén)時(shí)存在的的安全隱患等一系列的社會(huì)問(wèn)題，此類(lèi)問(wèn)題所涉及的電子產(chǎn)品將越來(lái)越受到當(dāng)代人們的青睞。因此，基于STM32單片機(jī)設(shè)計(jì)出一款智能防丟手環(huán)有著非常現(xiàn)實(shí)的意義與社會(huì)需求。同時(shí)，該設(shè)計(jì)還可以進(jìn)行其他方面的全面改造，使其既可以用于防止人員丟失，又可以用于防止物品丟失，在各種場(chǎng)合中都可以適用。例如機(jī)場(chǎng)行李的防丟、車(chē)庫(kù)汽車(chē)的防盜以及日常物品的實(shí)時(shí)跟蹤和用戶(hù)出行的安全定位等，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的功能多樣化。1.3論文結(jié)構(gòu)安排本文共由六個(gè)章節(jié)組成，第一章講述了本設(shè)計(jì)的課題背景與需求分析。第二章對(duì)部分主控硬件的選擇進(jìn)行了討論，通過(guò)對(duì)比最終確立了硬件組成并且進(jìn)行了原因分析，為后面章節(jié)的闡述奠定了基礎(chǔ)。第三章則是將系統(tǒng)的電路拆分為幾個(gè)具體的部分，分別展開(kāi)介紹，闡述硬件的性能以及使用方法、注意事項(xiàng)等。第四章主要介紹該系統(tǒng)的軟件編程，其中涉及該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的方式與過(guò)程，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境、開(kāi)發(fā)軟件、程序流程圖與核心代碼等。第五章則是基于前兩章的軟硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行測(cè)試與誤差分析。第六章對(duì)該系統(tǒng)的完成情況進(jìn)行了總結(jié)，并簡(jiǎn)要介紹了對(duì)未來(lái)工作的期望以及努力方向。2方案的設(shè)計(jì)與論證2.1控制方案的設(shè)計(jì)2.1.1主控芯片的選擇方案一：CPLD通過(guò)學(xué)習(xí)可以發(fā)現(xiàn)，在許多工業(yè)級(jí)生產(chǎn)制造的產(chǎn)業(yè)上，CPLD的應(yīng)用比較廣泛。相比于其他微控制器，CPLD的一大顯著特征就是規(guī)模大，密度高，穩(wěn)定性好。在日常生產(chǎn)生活中，很多復(fù)雜的功能都可以通過(guò)CPLD實(shí)現(xiàn)，具備較為豐富的輸入輸出擴(kuò)展接口，適用于一些大型的控制系統(tǒng)。方案二：STC89C52單片機(jī)由于在大學(xué)期間有接觸過(guò)51單片機(jī)，對(duì)它的原理以及使用方法都較為熟悉，而相比于A(yíng)T89C52單片機(jī)而言，STC89C52在性能上要更勝一籌，主要表現(xiàn)在它有較強(qiáng)的抗干擾能力上。其內(nèi)部具有程序存儲(chǔ)器以及512字節(jié)的隨機(jī)存儲(chǔ)器，因而可以通過(guò)串口向單片機(jī)里下載程序，并且基于51單片機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可移植性好等特點(diǎn)，十分適合用于實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)。方案三：STM32單片機(jī)STM32系列處理器，其極高的性能，強(qiáng)大的用戶(hù)基礎(chǔ)，全面的技術(shù)文檔等優(yōu)點(diǎn)被越來(lái)越多的電子工程師所青睞，另外還擁有合理的外設(shè)、功耗，以及價(jià)格。其中，F(xiàn)103系列“增強(qiáng)型”芯片更是成為同類(lèi)產(chǎn)品中性能最高的微處理器，數(shù)據(jù)處理速度快、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、能量消耗控制性能高等特點(diǎn)使得其在眾多微控制器中脫穎而出。使用該款芯片設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品能夠在最大程度上集成整合，同時(shí)開(kāi)發(fā)較為容易，并且隨著社會(huì)的發(fā)展，該類(lèi)芯片設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出的產(chǎn)品靈活性較高，能夠快速地進(jìn)入市場(chǎng)。2.1.2無(wú)線(xiàn)通信模塊的選擇方案一：WIFI目前，在家庭或者工作場(chǎng)所通常會(huì)建立WIFI連接。使用WIFI可以在多用戶(hù)環(huán)境中共享數(shù)據(jù)而無(wú)需收取任何費(fèi)用，是日常生活中較為常見(jiàn)的一種無(wú)線(xiàn)通信方式。其具有易于維護(hù)和搬遷，隨時(shí)擴(kuò)展和添加，工作靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)，是一種可以實(shí)現(xiàn)數(shù)十米至兩、三百米通信距離的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。方案二：藍(lán)牙藍(lán)牙技術(shù)的產(chǎn)生使得在不使用電纜的情況下，也可以將一些便捷式電子設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)，并且其應(yīng)用范圍十分廣泛，包含了各種家用電器以及汽車(chē)等消費(fèi)電子產(chǎn)品。它的數(shù)據(jù)傳輸安全性很高，但是無(wú)線(xiàn)電覆蓋范圍很小，數(shù)據(jù)傳輸只有10米。方案三：GSM模塊GSM模塊可以用來(lái)收發(fā)短信，可以接打電話(huà)，但是沒(méi)有音頻模塊。相比于其他無(wú)線(xiàn)通信模塊，它的性能較為穩(wěn)定，性?xún)r(jià)比高。該模塊可以通過(guò)USB轉(zhuǎn)串口模塊（如CH340模塊）連接上位機(jī)或者通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)直接連接到單片機(jī)等微處理器，采用AT指令控制，默認(rèn)波特率為115200。另外，GSM模塊的使用十分方便，只需要插入一張移動(dòng)卡，就可以像手機(jī)一樣接收到移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)，是一種覆蓋范圍較廣的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。2.2控制方案的確定通過(guò)對(duì)各類(lèi)控制器件的學(xué)習(xí)與性能比較，最終選定由STM32F103系列單片機(jī)作為本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主控制器，無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)選擇使用GSM模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。從本設(shè)計(jì)的應(yīng)用層面考慮出發(fā)，由于本項(xiàng)目所設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品面向的用戶(hù)是大眾，因此首先需要考慮的便是產(chǎn)品的價(jià)格，由此來(lái)看，主控制器使用價(jià)格較高的可編程邏輯器件CPLD有點(diǎn)不太合適，而相比之下，STM32系列單片機(jī)與SCT89C52系列單片機(jī)的成本比較低，適合投入開(kāi)發(fā)，也是現(xiàn)階段設(shè)計(jì)過(guò)程中可以承擔(dān)的開(kāi)發(fā)成本。而在開(kāi)發(fā)成本較為相近的條件下，STM32系列單片機(jī)的性能更好一點(diǎn)，因此選擇使用STM32系列單片機(jī)最為合適不過(guò)，同時(shí)也是項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的核心。STM32系列單片機(jī)屬于開(kāi)源器件，擁有其自身的官方固件庫(kù)，并且可以很方便地下載到以便于立即投入使用。有了這些庫(kù)函數(shù)，在編寫(xiě)程序時(shí)就不用再去了解其芯片底層的各種寄存器的使用方法，可以通過(guò)函數(shù)直接訪(fǎng)問(wèn)寄存器地址，大大降低了軟件編程工作量和難度，并且對(duì)于引腳數(shù)量相同的芯片大部分情況下是PintoPin兼容的。這就使得各系列產(chǎn)品具有可升級(jí)的體系結(jié)構(gòu)，使用統(tǒng)一的軟件和開(kāi)發(fā)投入，便可適用于你所有的應(yīng)用。更重要的是，本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中以及后期的拓展應(yīng)用上，需要外接部分外圍擴(kuò)展電路，這便需要主控制器可以提供較為豐富的接口。綜合考慮功耗、成本和接口等各方面因素考慮，選用STM32系列單片機(jī)作為主控制器實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)功能最為合適不過(guò)。在本設(shè)計(jì)的應(yīng)用場(chǎng)景中，無(wú)線(xiàn)通信的傳輸距離比較遠(yuǎn)，因此使用GSM模塊SIM800A作為信息傳輸?shù)拿浇椤ｋm然WIFI技術(shù)具有覆蓋性較強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但其操作較為繁瑣，需要進(jìn)行登錄與驗(yàn)證，不適用于本設(shè)計(jì)的應(yīng)用場(chǎng)景，并且WIFI的安全性并不高，容易被黑客篡改數(shù)據(jù)；相比之下，藍(lán)牙技術(shù)的傳輸安全性比較高，但傳輸距離太短，不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求。3硬件電路的設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)總體框架本系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖3.1所示。圖3.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖3.2STM32單片機(jī)核心電路設(shè)計(jì)根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)需求，參考芯片選型手冊(cè)后核心板選用STM32F103C8T6型號(hào)單片機(jī)。該芯片采用LQFP48封裝設(shè)計(jì)，一共引出44只引腳，其中包含三組串口。串口是單片機(jī)芯片較為重要的部分，也是開(kāi)發(fā)過(guò)程中最具難度的部分。這就需要在選型時(shí)格外留意串口的數(shù)量，配置等參數(shù)，從而方便后續(xù)的開(kāi)發(fā)與使用。本文選用USART1（引腳PA9、PA10）與USART2（引腳PA2、PA3）分別接入GSM模塊與GPS模塊進(jìn)行串口通信，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。具體引腳連接方式如圖3.2所示。圖3.2模塊連接原理圖3.3NEO-6MGPS模塊較高的靈敏度、較低的功耗、結(jié)構(gòu)小型化等特點(diǎn)使得NEO-6MGPS模塊廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中。在一些較為惡劣的自然環(huán)境中，例如狹窄的樓宇間，密集的叢林中，該模塊都能獲得較其他定位模塊更為精準(zhǔn)的定位信息。在該模塊的使用過(guò)程中應(yīng)當(dāng)注意將天線(xiàn)置于室外，否則由于建筑物遮蔽模塊有時(shí)難以接收到信號(hào)。該模塊的硬件實(shí)物圖如圖3.3所示。圖3.3GPS模塊實(shí)物圖模塊參數(shù)（1）輸入電壓：3.3-5.5V功耗：50mA（3）工作溫度-40℃—+85℃（4）存儲(chǔ)溫度-55℃—+100℃二、模塊特性模塊默認(rèn)的波特率是9600。留有天線(xiàn)接口，可接有源天線(xiàn)內(nèi)設(shè)射頻放大電路配備可充電的備用電池兼容3.3V/5V電平三、引腳連接模塊接口原理圖如圖3.4所示。圖3.4GPS模塊接口原理圖3.3.1NMEA-0183協(xié)議簡(jiǎn)介GPS模塊在使用時(shí)要注意統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式。NMEA-0183協(xié)議是目前在定位技術(shù)中使用最廣泛的協(xié)議，其傳遞GPS定位信息的方式為ASCII碼，也稱(chēng)為幀。幀格式形如：$aaccc,ddd,ddd,…,ddd*hh(CR)(LF)“$”：幀命令起始位（NMEA-0183常用命令如表3.1所示）表3.1NMEA-0183常用命令表序號(hào)命令說(shuō)明最大幀長(zhǎng)1$GPGGAGPS定位信息722$GPGSA當(dāng)前衛(wèi)星信息653$GPGSV可搜索衛(wèi)星信息210４$GPVTG地面速度信息34５$GPZDA當(dāng)前時(shí)間(UTC)信息(2)aaccc：地址域；(3)ddd…ddd：數(shù)據(jù)；(4)“*”：校驗(yàn)和前綴；(5)hh：校驗(yàn)和；(6)(CR)(LF)：幀結(jié)束標(biāo)志位；3.3.2UBX配置協(xié)議U-Blox系列產(chǎn)品在使用過(guò)程中，需要通過(guò)串口來(lái)對(duì)模塊進(jìn)行控制，這就使用到了UBX配置協(xié)議。其協(xié)議格式如圖3.5所示.圖3.5UBX協(xié)議結(jié)構(gòu)3.4SIM800AGSM模塊本文所使用的\t"/item/GSM%E6%A8%A1%E5%9D%97/_blank"GSM模塊的型號(hào)為SIM800A，該模塊具有收發(fā)短信、撥打電話(huà)和GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ埽溆布K置有一個(gè)SIM卡槽，插入移動(dòng)卡便可進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信，使用方便。硬件實(shí)物圖如圖3.6所示。圖3.6SIM800A模塊實(shí)物圖一、在短信應(yīng)用方面有如下特點(diǎn)（1）點(diǎn)對(duì)點(diǎn)MOandMT短信業(yè)務(wù)主要由點(diǎn)對(duì)點(diǎn)業(yè)務(wù)和短信增值業(yè)務(wù)這兩大類(lèi)組成。在GSM網(wǎng)絡(luò)上傳播的有限長(zhǎng)度的數(shù)字或文本信息就被稱(chēng)作短信。（2）短信廣播SMS廣播是一個(gè)術(shù)語(yǔ)，用于描述通過(guò)指定的短消息服務(wù)提供商向多個(gè)用戶(hù)發(fā)送移動(dòng)文本消息的行為。這項(xiàng)技術(shù)可以節(jié)省時(shí)間，因?yàn)槭謾C(jī)消息可以發(fā)送一次，但是可以被多個(gè)用戶(hù)接收，而不是多次發(fā)送消息來(lái)通知每個(gè)用戶(hù)。SMS廣播消息傳遞通常用于移動(dòng)營(yíng)銷(xiāo)以及緊急警報(bào)和其他重要的組更新。（3）文本和PDU模式目前，發(fā)送短信的兩種模式包括文本模式和協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PUD）。前者的優(yōu)點(diǎn)是易于實(shí)現(xiàn)，其發(fā)送和接收信息的代碼較為簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是無(wú)法使用中文進(jìn)行通信。而PDU模式相對(duì)于文本模式來(lái)說(shuō)，改善了這一缺點(diǎn)，它可以同時(shí)發(fā)送中文和英文消息。二、注意事項(xiàng)確保在模塊卡槽內(nèi)正確安裝了SIM卡之后，再給模塊接通電源。若SIM卡插入正常的情況下，電源指示燈會(huì)亮起，模塊開(kāi)機(jī)。如果出現(xiàn)連接電源以后，發(fā)現(xiàn)模塊上的綠燈開(kāi)始閃爍，在閃爍幾秒后滅掉，同時(shí)模塊關(guān)機(jī)的情況；或者是在正常使用的過(guò)程中，例如模塊在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程中突然關(guān)機(jī)，那么極有可能是由于供電不足導(dǎo)致的。因此，在給模塊接通電源時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)注意接入的是5V、2A的電源，否則供電不足，電壓過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致模塊無(wú)法正常工作。其次還要注意接入較為穩(wěn)定的電源，如果電流的波紋太大，電壓的高低浮動(dòng)過(guò)大，模塊也將無(wú)法正常工作，甚至關(guān)機(jī)。三、引腳連接GSM模塊接口原理圖如圖3.7所示。圖3.7GSM模塊接口原理圖3.4.1模塊測(cè)試AT指令GSM模塊作為一種無(wú)線(xiàn)通信模塊，在本項(xiàng)目中起著信息傳輸樞紐的作用，因此在模塊投入使用前，首先要檢測(cè)硬件的可用性，防止在后續(xù)設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于硬件自身的問(wèn)題，導(dǎo)致項(xiàng)目功能無(wú)法實(shí)現(xiàn)。而對(duì)模塊進(jìn)行檢測(cè)就要借助AT指令，AT指令在使用時(shí)需要注意其格式要求：必須以“AT”或“at”開(kāi)頭，以回車(chē)（<CR>）結(jié)尾，通常模塊的響應(yīng)會(huì)緊隨其后。常見(jiàn)查詢(xún)配置命令如表3.2所示。表3.2常見(jiàn)查詢(xún)配置指令A(yù)T指令說(shuō)明AT測(cè)試連接是否正確AT+CMGS發(fā)送短信AT+CMGD刪除指定的短信AT+CMGF短信格式（分為T(mén)EXT模式和PDU模式）AT+CPIN用于查詢(xún)SIM卡狀態(tài)AT＋CSQ用于返回信號(hào)強(qiáng)度AT+COPS用于查詢(xún)當(dāng)前運(yùn)營(yíng)商AT+CGMI用于查詢(xún)模塊制造商AT+CNUM用于查詢(xún)本機(jī)號(hào)碼ATE1用于設(shè)置回顯模式（默認(rèn)啟用）3.4.2模塊測(cè)試方法通常在模塊使用之前，我們要先對(duì)模塊進(jìn)行功能測(cè)試，以確保硬件的可用性。具體測(cè)試方法如下：首先將模塊連接至上位機(jī)，然后打開(kāi)串口調(diào)試助手，通過(guò)查看設(shè)備管理器來(lái)查詢(xún)模塊接入的端口號(hào)，在端口號(hào)的選擇沒(méi)有問(wèn)題之后將波特率設(shè)置為115200；此時(shí)便可以在發(fā)送界面輸入相應(yīng)的AT指令了。需要注意的一點(diǎn)是，在發(fā)送指令時(shí)，根據(jù)AT指令格式要求，應(yīng)勾選界面中的發(fā)送新行一欄，否則無(wú)法正常通信，模塊無(wú)響應(yīng)。模塊測(cè)試界面如圖3.8所示。圖3.8GSM模塊測(cè)試情況

4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1開(kāi)發(fā)語(yǔ)言本項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言為C語(yǔ)言。C語(yǔ)言具有應(yīng)用范圍廣，語(yǔ)法限制少，編譯方式簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，另外，它的程序執(zhí)行效率與代碼生成質(zhì)量也都很高。與低級(jí)語(yǔ)言如匯編語(yǔ)言相比，C語(yǔ)言同樣可以處理低級(jí)內(nèi)存，并且編譯執(zhí)行時(shí)所產(chǎn)生的機(jī)器代碼較少，代碼質(zhì)量等同于匯編語(yǔ)言，卻比匯編語(yǔ)言的工作量小，另外，描述問(wèn)題的速度快，可讀性好，在后續(xù)設(shè)計(jì)過(guò)程中比較容易進(jìn)行修改和移植。4.2開(kāi)發(fā)環(huán)境本項(xiàng)目的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境為Keil5，該軟件界面清晰直觀(guān)，功能強(qiáng)大，是目前最為流行的嵌入式開(kāi)發(fā)環(huán)境，具有較高的編輯效率，十分方便開(kāi)發(fā)人員的使用。軟件開(kāi)發(fā)流程圖如圖4.1所示。圖4.1軟件開(kāi)發(fā)流程圖在進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)時(shí)，首先要新建工程模板，導(dǎo)入庫(kù)函數(shù)（從ST官網(wǎng)下載相關(guān)完整固件庫(kù)包）。具體步驟如下：（1）新建工程文件夾；（2）新建工程，選擇單片機(jī)型號(hào)；（3）導(dǎo)入庫(kù)函數(shù)（4）新建Group，添加.c文件。具體工程開(kāi)發(fā)如圖4.2所示。圖4.2新建工程模板4.3程序流程圖系統(tǒng)的程序流程圖如4.3所示。圖4.3系統(tǒng)程序流程圖從程序流程圖中不難看出，按鍵作為系統(tǒng)程序執(zhí)行的判斷條件，起著至關(guān)重要的作用，也可以說(shuō)，按鍵處理程序是本項(xiàng)目的核心。按鍵按下，單片機(jī)響應(yīng)，從而執(zhí)行下一步的數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能。而按鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的手動(dòng)輸入，主要方式是通過(guò)電平的變化，在默認(rèn)情況下，其引腳為高電平，按鍵按下，電平發(fā)生變化，系統(tǒng)產(chǎn)生電流，進(jìn)行模塊響應(yīng)，進(jìn)而進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。值得注意的是，按鍵在這里屬于一個(gè)機(jī)械彈性開(kāi)關(guān)。彈性開(kāi)關(guān)在壓力作用下閉合或者斷開(kāi)時(shí)，在受力發(fā)生改變的瞬間，由于外力的作用開(kāi)關(guān)不會(huì)立馬穩(wěn)定地接通或斷開(kāi)，而是會(huì)產(chǎn)生一連串的抖動(dòng)，即電平的快速變化，如圖4.4所示。圖4.4按鍵從按下到松開(kāi)的電平變化為了解決這一問(wèn)題，需要通過(guò)延時(shí)消抖來(lái)確保得到穩(wěn)定的按鍵輸入電平，即確定按鍵是否按下或是否松開(kāi)。具體操作為，當(dāng)用戶(hù)按下按鍵時(shí)，軟件需要延時(shí)一會(huì)兒（一般為10ms左右），待引腳的輸入電平穩(wěn)定后再判斷高低電平，這種消抖方式叫做軟件消抖，具體操作流程如圖4.5所示。圖4.5按鍵消抖流程圖4.4功能設(shè)計(jì)4.4.1實(shí)時(shí)定位該設(shè)計(jì)的一大特點(diǎn)便是可以實(shí)時(shí)定位。當(dāng)家中小孩、老人需要獨(dú)自外出時(shí)，用戶(hù)可以通過(guò)發(fā)送“GET”字樣信息給設(shè)備手機(jī)號(hào)，主動(dòng)獲取模塊即家人當(dāng)前所處的位置信息，提高弱勢(shì)群體外出的安全性。同時(shí)，該功能也為本設(shè)計(jì)的應(yīng)用拓展擴(kuò)展提供思路，若將設(shè)備放置于背包，行李箱或者其他貴重物品中，用戶(hù)也可以獲取物品當(dāng)前所處的位置信息，達(dá)到防丟的目的。實(shí)時(shí)定位功能程序流程圖如圖4.6所示。圖4.6實(shí)時(shí)定位功能程序流程圖4.4.2遠(yuǎn)程呼救本系統(tǒng)的基本功能，也就是設(shè)計(jì)的核心思想，防丟功能，便是遠(yuǎn)程呼救。當(dāng)用戶(hù)在外出遇到危險(xiǎn)時(shí)，可以按下設(shè)備上的按鍵，系統(tǒng)便會(huì)向設(shè)備所綁定的手機(jī)號(hào)發(fā)送用戶(hù)當(dāng)前所處的位置信息，以示求救，被綁定的用戶(hù)便可及時(shí)準(zhǔn)確地獲取用戶(hù)當(dāng)前的位置，并且立即采取措施，避免了因?yàn)橛脩?hù)不方便說(shuō)話(huà)或者來(lái)不及求救時(shí)的一些悲劇地發(fā)生。類(lèi)似的情況在我們的日常生活中時(shí)有發(fā)生，例如在外出時(shí)，乘坐出租車(chē)，網(wǎng)約車(chē)時(shí)，難以避免不法分子的乘虛而入，為我們帶來(lái)人身傷害，通常情況下，我們?cè)谲?chē)上沒(méi)辦法通過(guò)語(yǔ)言表達(dá)打電話(huà)向他人求救，該設(shè)計(jì)的這一功能可以快捷、方便地向家人提供自己的位置信息，并且支持多次連續(xù)發(fā)送。該功能的實(shí)現(xiàn)主要是通過(guò)兩個(gè)條件判斷語(yǔ)句，首先按鍵作為一個(gè)外部中斷，系統(tǒng)要判斷按鍵是否被按下，系統(tǒng)是否有輸入，在按鍵按下的情況下，設(shè)備開(kāi)始工作，通過(guò)串口方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，信息交換，然后判斷GPS是否就緒，能否提供有效的位置信息。在進(jìn)行GPS數(shù)據(jù)處理時(shí)要注意遵循協(xié)議的格式，否則無(wú)法正常通信。遠(yuǎn)程呼救功能程序流程圖如圖4.7所示。圖4.7遠(yuǎn)程呼救程序流程圖

5系統(tǒng)測(cè)試與誤差分析5.1系統(tǒng)測(cè)試在完成系統(tǒng)軟件的程序編寫(xiě)后，根據(jù)系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)思路與電路圖將模塊連接，進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試。測(cè)試主要分為兩部分，首先是對(duì)系統(tǒng)定位精準(zhǔn)度的檢測(cè)。具體操作為多次采集處于不同位置時(shí)定位模塊所獲取的位置信息，并且記錄下來(lái)，同時(shí)通過(guò)瀏覽器搜索所取的位置樣本的標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)緯度信息，將二者做對(duì)比。通過(guò)測(cè)量值與真實(shí)值的差來(lái)計(jì)算定位的相對(duì)誤差。其次是對(duì)無(wú)線(xiàn)通信情況的測(cè)試，在硬件測(cè)試中已經(jīng)對(duì)GSM模塊的功能進(jìn)行了全面的測(cè)試，在確保模塊能夠正常使用后，再將模塊與單片機(jī)相連。通過(guò)軟件編程設(shè)置按鍵的輸入方式，利用串口通信使模塊與單片機(jī)進(jìn)行信息交互。當(dāng)設(shè)備上電穩(wěn)定后，通過(guò)向設(shè)備手機(jī)號(hào)發(fā)送短信檢測(cè)系統(tǒng)是否能正常接收信息，通過(guò)按鍵使設(shè)備接收指令，查看系統(tǒng)是否能正差發(fā)送信息。5.2誤差分析在上一小節(jié)對(duì)系統(tǒng)整體進(jìn)行測(cè)試后，可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)已經(jīng)完成了設(shè)計(jì)的基本功能。但是系統(tǒng)在GPS定位到的數(shù)據(jù)上還存在一定的誤差。由于衛(wèi)星、信號(hào)傳播、接收設(shè)備等各種因素的異常都有可能造成定位信息的不準(zhǔn)確，從而系統(tǒng)產(chǎn)生誤差，因此對(duì)于誤差的分析還需進(jìn)行進(jìn)一步的深入的研究。通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，以及進(jìn)行多次反復(fù)的測(cè)量計(jì)算，初步分析對(duì)于本系統(tǒng)而言，誤差的主要來(lái)源是由于未對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。6總結(jié)與展望6.1論文工作總結(jié)本文在經(jīng)過(guò)前期的市場(chǎng)調(diào)研與需求分析后，確立了研究方向，擬定論文題目后，經(jīng)過(guò)不斷地學(xué)習(xí)與探索，設(shè)計(jì)的主要功能基本實(shí)現(xiàn)。下面將本課題完成工作的情況總結(jié)如下：（1）對(duì)STM32F103C8T6核心處理器從引腳功能到編程方法進(jìn)行了深入、系統(tǒng)的研究學(xué)習(xí)；對(duì)GPS定位模塊和GSM通信模塊的相關(guān)原理、編程方法與串口通信等基礎(chǔ)技術(shù)知識(shí)等進(jìn)行了深入、系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。（2）結(jié)合各模塊的硬件原理，引腳說(shuō)明，內(nèi)部電路構(gòu)成，繪制電路圖，從而方便之后對(duì)實(shí)物的連接。（3）系統(tǒng)學(xué)習(xí)軟件開(kāi)法知識(shí)，熟悉軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境、開(kāi)發(fā)流程。重溫C語(yǔ)言語(yǔ)法與編程思想，編寫(xiě)功能函數(shù)并反復(fù)測(cè)試代碼的執(zhí)行效率，不斷查閱資料對(duì)代碼進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)。（4）對(duì)系統(tǒng)的整體功能進(jìn)行調(diào)試，并分析可能影響系統(tǒng)功能的因素。6.2未來(lái)展望本設(shè)計(jì)雖然目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的功能，達(dá)到了設(shè)計(jì)的目的，但由于現(xiàn)階段自身的時(shí)間與能力等因素限制，出于設(shè)計(jì)本身的可用性與工業(yè)角度考慮，還存在一定缺陷。例如系統(tǒng)所定位到的位置與實(shí)際位置存在一定的偏差，本文僅僅闡述了誤差可能的來(lái)源，并沒(méi)有研究如何修正偏差使其精確定位。除此之外，用戶(hù)獲取經(jīng)緯度信息后自行通過(guò)瀏覽器查找實(shí)際位置的操作有些繁瑣，如果可以使定位到的經(jīng)緯度信息能夠通過(guò)某種方式處理直接轉(zhuǎn)換為人們所耳熟能詳?shù)奈恢眯畔?，并且顯示在用戶(hù)手機(jī)或者其他設(shè)備終端上，使用戶(hù)通過(guò)短消息第一時(shí)間直觀(guān)地看到具體的位置信息，那么該設(shè)計(jì)的使用將會(huì)更加方便。在未來(lái)的學(xué)習(xí)過(guò)程中，我將就以上兩方面對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行深入開(kāi)發(fā)，同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行進(jìn)一步的拓展，增強(qiáng)系統(tǒng)的實(shí)用性。參考文獻(xiàn)[1]基于STM32單片機(jī)的智慧防丟失系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].雷思睿.無(wú)線(xiàn)互聯(lián)科技.2020(04)[2]陳春雨,李瑞英,趙亞軍.基于單片機(jī)的防丟器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].大慶師范學(xué)院學(xué)報(bào),2020,40(03):104-110.[3]錢(qián)銀,武康,郁李鑫,朱智.基于STM32防丟器