隨著人們生活水平的提高，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加速，社會(huì)老齡化步伐加快，獨(dú)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(huì)給人們帶來很大損失，而且丟失的寵物無人管理，還會(huì)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(duì)于人類，針對(duì)寵物的還鮮而少見。本文的防丟失器則專為寵物設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)寵物的遠(yuǎn)距離快速定位，和遠(yuǎn)離報(bào)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(bào)警器，通過從機(jī)向主機(jī)不間斷的發(fā)送信號(hào)當(dāng)從機(jī)離開主機(jī)能夠接受的范圍時(shí)母機(jī)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行聲光報(bào)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(duì)寵物的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

1、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

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(bào)警模塊。單片機(jī)控制模塊負(fù)責(zé)對(duì)整體數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并且根據(jù)指令對(duì)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(bào)警模塊在寵物與人距離超過200m時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。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(diǎn)。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(duì)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(shí)現(xiàn)了GPS、GSM的同時(shí)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(shí)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(shí)追蹤20個(gè)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(dòng)能力為2mA，可直接與單片機(jī)接口對(duì)接。

1.3、聲光報(bào)警模塊

本模塊的無線射頻信號(hào)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?cè)谶@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(bào)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(shí)，三極管停止工作，蜂鳴器不發(fā)聲，輸入低電平時(shí)，三極管被導(dǎo)通時(shí)，蜂鳴器發(fā)。出警報(bào)聲。

1.4、GSM模塊

GSM模塊可以實(shí)時(shí)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(jì)費(fèi)，成本低，可以方便快捷的實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)現(xiàn)無線通信功能，可以實(shí)現(xiàn)短信報(bào)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(jì)

2.1、信號(hào)發(fā)射與接收

單片機(jī)對(duì)nRF24L01芯片的控制包括其初始化，發(fā)送數(shù)據(jù)和接受存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。整個(gè)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?cè)O(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(hào)，此時(shí)不會(huì)觸動(dòng)報(bào)警，如果超出范圍，接收機(jī)無法收到信號(hào)，蜂鳴器就會(huì)聲光報(bào)警。我們通過報(bào)警情況就能方便快捷的知道寵物是否在一個(gè)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(gè)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(gè)AT指令實(shí)現(xiàn)對(duì)GSM模塊的處理。首先需要對(duì)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?yàn)?a target="_blank">SIM存儲(chǔ)有限，我們需要對(duì)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?yàn)镚PS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(dòng)系統(tǒng)模塊的時(shí)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(duì)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(hào)分割數(shù)據(jù)的特點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)解析。依次得到UTC時(shí)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(dòng)通信技術(shù)，信號(hào)處理技術(shù)，通過軟硬件的設(shè)計(jì)實(shí)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(gè)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(shí)代潮流，做到了真正的全天候、全過程、全方位防丟失。