隨著人們生活水平的提高，社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加速，社會老齡化步伐加快，獨生子女家庭和丁克家庭和空巢老人越來越多，飼養(yǎng)寵物成為許多家庭必不可少的生活方式，于此同來的是寵物的丟失問題。而且有的寵物十分昂貴，一旦寵物丟失會給人們帶來很大損失，而且丟失的寵物無人管理，還會造成環(huán)境污染。當(dāng)今市場目前已批量生產(chǎn)的防丟裝置還主要針對于人類，針對寵物的還鮮而少見。本文的防丟失器則專為寵物設(shè)計，實現(xiàn)寵物的遠(yuǎn)距離快速定位，和遠(yuǎn)離報警功能。

本裝置基于AT89C52單片機(jī)作為MCU，結(jié)合無線通信模塊nRF2401的無線距離報警器，通過從機(jī)向主機(jī)不間斷的發(fā)送信號當(dāng)從機(jī)離開主機(jī)能夠接受的范圍時母機(jī)會自動進(jìn)行聲光報警。并且采用無線通信技術(shù)和全球衛(wèi)星定位（GPS）技術(shù)，成本低廉，能監(jiān)控較大范圍，操作簡單，而且數(shù)據(jù)傳輸快。利用GSM系統(tǒng)，我們可以迅速將寵物的位置以信息的方式傳送至用戶的手機(jī)，做到對寵物的實時監(jiān)控。

1、系統(tǒng)的硬件設(shè)計

寵物防丟失器的硬件主要由以下四部分構(gòu)成，即單片機(jī)控制模塊、GPS模塊、GSM模塊、和聲光報警模塊。單片機(jī)控制模塊負(fù)責(zé)對整體數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并且根據(jù)指令對系統(tǒng)處理；GPS模塊負(fù)責(zé)接收位置數(shù)據(jù)；GSM模塊負(fù)責(zé)將位置信息發(fā)給用戶；聲光報警模塊在寵物與人距離超過200m時，發(fā)出聲光報警信號。硬件構(gòu)成如圖1所示。

圖1

1.1、單片機(jī)控制電路

系統(tǒng)單片機(jī)采用了AT89C52。AT89C52具有功耗低，性能高的優(yōu)點。內(nèi)部有8位的FlashPEROM，可以反復(fù)擦寫；并且有256x8bit內(nèi)部RAM；而且內(nèi)部有低功耗空閑和掉電模式，睡眠和喚醒功能。滿足了防丟失器對讀寫速度和功耗的要求。本系統(tǒng)還增加了串口擴(kuò)展芯片GM8123，從而實現(xiàn)了GPS、GSM的同時通信。

1.2、GPS模塊

本系統(tǒng)采用了全球市占率第一的SiRFIII系列——SIRF三代。SIRF三代芯片組的GPS模塊性能極優(yōu)，靈敏度高，功耗低，定位時間短，能幫助客戶快速的進(jìn)入了定位應(yīng)用狀態(tài)。該芯片定位精度在10m內(nèi)，可同時追蹤20個衛(wèi)星軌道。數(shù)據(jù)線接口為六線接插件，需要三根輸出線，第一腳接直流正電源，第五腳接電源地，第二腳接GPS，輸出驅(qū)動能力為2mA，可直接與單片機(jī)接口對接。

1.3、聲光報警模塊

本模塊的無線射頻信號發(fā)射器采用了nRF24L01芯片。電路包括nRF24L01與單片機(jī)的接口電路和其外圍電路。本模塊利用GPIO模擬SPI接口工作，進(jìn)而控制nRF24L01芯片，很好的解決了ST895C52沒有SPI控制器的問題。另位我們在這里采用了電平轉(zhuǎn)換和分壓處理電路，將ST89C52單片機(jī)供電電壓5V轉(zhuǎn)化到了nRF24L01的VCC腳接電壓范圍內(nèi)。如圖2所示。

圖2

此外還有聲光報警電路，此電路采用PNP三極管，Q1只起到開關(guān)的作用，當(dāng)基極輸入高電平時，三極管停止工作，蜂鳴器不發(fā)聲，輸入低電平時，三極管被導(dǎo)通時，蜂鳴器發(fā)。出警報聲。

1.4、GSM模塊

GSM模塊可以實時將寵物的位置信息傳送到用戶的手機(jī)，況且位置信息需要的數(shù)據(jù)長度較短，短信按條計費(fèi)，成本低，可以方便快捷的實現(xiàn)對寵物的保護(hù)。本系統(tǒng)應(yīng)用德國西門子的DTP_RD+模塊，GSM模塊通過RS232串口與單片機(jī)相連，使用標(biāo)準(zhǔn)的AT命令來控制GSM模塊實現(xiàn)無線通信功能，可以實現(xiàn)短信報警功能。如圖3所示。

圖3?GSM模塊借口電路

2、系統(tǒng)的軟件設(shè)計

2.1、信號發(fā)射與接收

單片機(jī)對nRF24L01芯片的控制包括其初始化，發(fā)送數(shù)據(jù)和接受存儲數(shù)據(jù)。整個過程為先使接收電路上電，接收機(jī)處于接受狀態(tài)，然后運(yùn)行發(fā)射機(jī)的程序，將單片機(jī)預(yù)存數(shù)據(jù)發(fā)出，如果子母機(jī)在我們設(shè)定的范圍內(nèi)，毫秒內(nèi)接收模塊就可以接收到發(fā)射機(jī)傳送的信號，此時不會觸動報警，如果超出范圍，接收機(jī)無法收到信號，蜂鳴器就會聲光報警。我們通過報警情況就能方便快捷的知道寵物是否在一個安全的范圍里。發(fā)射和接收流程如圖4、圖5所示。

圖4 ?發(fā)射機(jī)流程圖

圖5?接收機(jī)流程圖

2.2、GSM短信息服務(wù)

GSM含有一個微控制器，它能將接收到的位置信息以短消息的形式傳遞給手機(jī)用戶。這里主要是應(yīng)用一個AT指令實現(xiàn)對GSM模塊的處理。首先需要對模塊進(jìn)行初始化，然后控制器通過串口發(fā)送指令，具體流程如下：首先需要連接，在連接成功后；我們發(fā)出指令設(shè)置短信的格式：AT+CMGF=m。然后設(shè)置短信的接收人及短信：

AT+CSCA=”****”。最后因為SIM存儲有限，我們需要對之前的數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除，當(dāng)系統(tǒng)收到新的短信后，之前短消息就將立刻刪除，這樣清空SIM容量有助于下次接收短信所需要的緩存空間。刪除指令為AT+CMGD=INDEX，刪除信息后模塊將返回OK。

2.3、GPS數(shù)據(jù)接受及解析

GPS的通訊協(xié)議方式有很多種，本裝置使用的是目前比較通用的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議是NMEA－180。微控制器通過串口接收GPS模塊傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)，因為GPS的特殊性，其需要在有不少于四顆星可見的前提下才能獲取定位數(shù)據(jù)，所以在剛開始啟動系統(tǒng)模塊的時候，定位數(shù)據(jù)不一定是有效的數(shù)據(jù)或者是不正確的數(shù)據(jù)，在處理數(shù)據(jù)之前必須對所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷。當(dāng)確認(rèn)收到GPS數(shù)據(jù)幀之后，根據(jù)NEMA－180協(xié)議是以逗號分割數(shù)據(jù)的特點進(jìn)行數(shù)據(jù)解析。依次得到UTC時間，緯度，南緯/北緯，經(jīng)度，東經(jīng)/西經(jīng)，UTC日期。具體流程圖下圖6。

圖6?GPS解析流程

3、結(jié)束語

基于單片機(jī)的寵物防丟失系統(tǒng)結(jié)合了衛(wèi)星定位技術(shù)，無線電移動通信技術(shù)，信號處理技術(shù)，通過軟硬件的設(shè)計實現(xiàn)了全面的防丟失技術(shù)，不僅適用于寵物，更適用于各種防丟失物品，在很多領(lǐng)域具有大的發(fā)展?jié)摿Γ膳c多個領(lǐng)域配合使用。

本商品結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性高，成本低廉，適用于各家各戶，符合時代潮流，做到了真正的全天候、全過程、全方位防丟失。