基于GPS的地震求救仪
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作者: 谢亚杰 郭广东 张鹏 王鹏 厉鑫
[摘 要]GPS的地震求救仪系统是准确定位出自己的位置并将求救讯息发送出去的系统。单片机负责接受GPS定位仪模块发送来的定位信息，经过多次的校验确定定位信息的正确，通过液晶显示经、纬度和当地时区的时间，并将用户的地理信息通过无线数传模块发送出去。该系统灵活性强，便于操作，也可用于野外探险活动、自然灾害的定位救治、海上作业、地下采矿等。
[关键词]单片机 GPS全球定位 无线数传 液晶显示
中图分类号：TH22.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）10-0278-01
一、主要研究内容
本设计是基于STC89C52单片机来实现的简易GPS定位信息显示系统。本控制系统主要完成接受数据、时间显示、经度显示、纬度显示、发射求救信号等常规功能。此方案基于单片机、GPS模块和12864液晶显示屏 、无线发射器FC211Ap等硬件， 并应用C语言实现了GPS信号的提取、显示及基本的键盘控制操作等。
二、主要硬件设计
实现整个系统所需达到的要求，核心是硬件电路系统。硬件电路系统是求救仪系统最基础的部分，软件系统也只有基于它才能实现。所以在硬件电路的设计中不仅要追求系统的高效运行，也要追求系统的稳定运行。通过学习GPS模块的使用规则和要求以及有关求救仪制作的知识和技能，我了解到硬件部分需要涵盖单片机最小系统、电源管理模块、接受模块、无线数传模块等基础功能。软件编程要根据GPS采集的信息进行处理分析，采用模块化编程来提高程序使用效率，从而完美达到控制求救仪的目的。
2.1 硬件电路系统结构
2.2 核心控制模块
本项目所使用的核心控制芯片是STC公司生产的8位单片机，内有8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
2.3 GPS数据模块
HOLUX M9133 BD2北斗+GPS模块，由多系统的相互辅助，能大幅提升导航定位的精度和可靠性，避免误差随时间推移及行程增加而累积。MT3332/MT3333还具备优越的信号撷取（Acquisition）及跟踪（Tracking）灵敏度，有效改善导航定位系统信号受到环境遮挡的问题，无论是在建筑密集的城市、隧道里，或是在多楼层停车场中，都能为使用者带来更精确迅速的导航定位。通过M9133接受到的卫星发送来的地理信息，将数据传送给单片机，单片机经过处理将信息发送到液晶显示，并将用户的地理信息发送出去。
2.4 无线数传模块
FC211AP模块是新一代多通道高速率嵌入式微功率无线数传模块，可设置众多频道，发射功率20mw，FC211Ap外围电路少，体积小，方便内嵌使用，成本低，接口简单，微功率，宽带高速率，接收灵敏高。单片机将接收到的地理信息数据通过无线FC211Ap模块发送出去，使外届搜救人员能尽快搜救到用户。
2.5 电源管理模块
直流电机输出电压后经过桥式整流电路D1～D4和滤波电容C1的整流和滤波，在固定式三端稳压器LM7805的Vin和GND两端形成一个并不十分稳定的直流电压。此直流电压经过LM7805的稳压和C3的滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。三端稳压器是一种标准化、系列化的通用线性稳压电源集成电路，以其体积小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用简捷方便等特点，成为目前稳压电源中应用最为广泛的一种单片式集成稳压器件。
三、软件系统设计
系统总体软件流程过程：
首先当GPS根据卫星的运转确定自己方位，通过GPS接受的信息确定自己的地理信息，并利用串口通信发送给单片机，单片机根据接收到的信息进行数据的处理，将数据传送给无线数传模块，并将数据显示在液晶上。无线数传模块根据单片机的发送来的数据，将用户的求救信息通过多个频率依次发送出去，使外界搜救人员能在很大的频率范围内进行搜寻信号，最大程度的减少生命损失。
3.1 GPS定位传输过程
串口通信是单片机通信的通信线路，可以实现单片机与GPS模块以及无线数传之间的双向通信。首先GPS将定位到的用户地理信息后将信息转化为二进制数据流发送到单片机存储区，在经过单片机处理后发送到无线数传模块，并将信息显示在液晶。
3.2无线发射过程
用户通过矩阵式键盘可以查看自己的地理信息，单片机自动检测并发送给无线发射模块。无线发射过程设计如下，每个按键需要占用两根输入口线，当按键按下时，该输入线电平会产生相应变化。无线发射的频率通过键盘设定几个常用的频率，也可以通过单片机的程序进行设定。
3.3 单片机的通信
求救仪带有液晶显示，采用带有中文字库的液晶显示模块，GPS定位模块带有实时性，能准确的定位出用户的地理信息。无线发射能通过单片机发送的数据，进行有效的发射几个信道的频率，使搜救人员能更好的获取这些信息，并通过LCD12864液晶显示器显示发送的信息。一方面单片机通过GPS定位的信息来检测接收信号，另一方面单片机将接受到的信号传送给无线发射模块，无线发射根据接收数据进行相应的操作。
四.主要观点及应用前景
目前，紧急救援定位方案主要是在用户拨打紧急救援呼叫电话后一段时间内，紧急救援服务中心定位该用户。用户拨打救援呼叫电话，语音信令检测识别出紧急救援电话号码，通过接口在定位服务器生成临时授权记录。紧急救援服务中心接收到电话后，通过定位服务器检查该定位请求，完成对信号的定位。在汶川、玉树地震中，活动范围在人烟稀少的地区，手机信号未必覆盖，重大事故、自然灾害中，更是不可能有机会拨打手机。因此，我们想到利用GPS定位系统，准确的定位，将求救信号和地理位置发出发出，使搜救人员能尽快知道他们的确切位置，对他们进行救治，最大程度的减少了伤忙。
本项目可以利用节能环保太阳能资源，结合单片机的自身优势和GPS系统的长足发展与广泛应用，设计了一种低功耗、方便快捷的应急救援定位仪。作品能够有效的提高地震、野外遇险时人员的搜寻速度。产品采用太阳能电池提供电源，这既能使产品在复杂环境中使用，又延长了设备的使用时间，延长发射救援信号时间，同时也符合低碳环保的理念。本产品可以增加语音报警系统，使的救援人员能快速搜救。本产品也可用于野外探险活动、自然灾害的定位救治、海上作业、地下采矿等。
参考文献
[1]郭天祥 《51单片机c语言教程》，电子工业出版社
[2]童诗白，华成英 《模拟电子技术基础》，清华大学出版社
指导老师：张智杰
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