基于单片机的儿童安全区域监控报警系统设计

发布时间：2022-10-05 21:43 热度：

　　摘 要： 儿童的人身安全关乎每个家庭的幸福，每个儿童都是充满好奇和活力的，四处探索是儿童的天性。但是，有很多区域对于儿童来说是危险的，时时掌握儿童位置，及时发现儿童危险动向对于家长来说显得尤为重要。本设计以STC12C5A60S2单片机为控制核心，结合GPS定位技术和蓝牙技术，对室内规划出安全区域和危险区域。通过儿童身上配带的节点进行位置监控，在儿童进入危险区域前及时报警。

　　关键词： 单片机;监控报警;GPS定位;蓝牙通信

　　中图分类号：TP368.2　　 文献标志码：A

　　Design of Child Safety Monitoring and Alarming System

　　Based on Single-chip Computer

　　Li Keyi, Deng Peng

　　(School of Electronic and Information Engineering, Jingchu University of Technology, Hubei, Jingmen, 448000, China)

　　Absrtact： Children's personal safety is about the happiness of every family, every child is full of curiosity and vigor, and it is thenature of children to explore everywhere. But there are many areas that are dangerous for children, and it is especially importantfor parents to keep track of children’s position and to find out the dangerous movements of children in time. This design takes theSTC12C5A60S2 monolithic integrated control as the core, unifies the GPS localization technology and the Bluetooth technology, tothe interior plans the safe area and the dangerous area. The children are equipped with the nodes of the belt to monitor the position,before the children enter the dangerous area in time to alarm.

　　Key words： single chip microcomputer;sonitoring alarm;GPS positioning;bluetooth communication

　　0 引言对于每个家庭而言，孩子都是全家人的中心。孩子的安全问题牵动着家中每个人的心，孩子活泼好动喜欢到处嬉闹，然而生活中很多地方充满危险。厨房里的刀具、瓷碗、碟还有热水，卫生间潮湿环境里的电器以及放着花盆的阳台等都可能会对好奇又好动的儿童造成伤害。很多家长在家里可能在休息，可能在书房办公，无法时刻照看着孩子，这时候能够掌握孩子在家中的位置就显得很有必要[1]。本系统在基于这一需求之下设计而出，移动节点时刻追踪儿童的位置，当儿童靠近危险区域时家长可以在自己的办公休息区域内收到报警提醒。

　　1 系统总体方案设计

　　本系统由移动节点和中央控制节点组成[2]，系统总体框图如图1所示。移动节点具有获取经纬度信息并通过蓝牙模块将信息发送给中央控制节点的功能;中央控制节点具有接收蓝牙信息并对信息进行判断进而执行报警的功能。首先，利用GPS模块获取所在区域的坐标，然后在中央控制节点中规划好各个区域范围的安全等级。移动节点获取到所在点的坐标信息后将信息传输给中央控制节点，中央控制节点对接收到的信息进行判断，如果移动节点的坐标处于安全区域则继续等待下一条信息;如果移动节点的坐标处于危险区域边缘则立即报警提醒家长。

　　2 硬件电路设计

　　2.1 移动节点电路设计

　　移动节点由STC12C5A60S2单片机作为控制器，GPS模块获取经纬度信息，蓝牙模块将信息发送出去。由GPS模块获取经纬度信息，通过串口传送给单片机，单片机对获取到的信息进行判断，判断为有效信息后便通过蓝牙模块向外发送[3]。STC12C5A60S2是高速度、低功耗的单片机，相比于传统8051，速度更快，有1K内部扩展RAM，有SPI接口，中断优先级有4种状态可定义。此单片机配有两个串口，十分契合本设计的需求，如图2所示在移动节点中，单片机可以用两个串口与GPS模块和蓝牙模块连接。

　　2.1.1 GPS定位模块电路

　　移动节点的经纬度信息通过ATGM332D模块来获取，ATGM332D是高灵敏度的GPS/BDS双模接收模块，既支持GPS和BDS单系统定位也支持双系统联合定位，可同时接收GPS和BDS卫星信号，灵敏度可达-160dBm、低功耗、且支持A-GPS功能。所以，即使在有很多不规则建筑物、树木的条件下，也可以通过运营商基站信息进行定位。模块上电后会接收数据包，其中包括GPPMC(推荐最小定位信息)数据包。ATGM332D模块通过串口直接与单片机连接通信，获取到定位信息后将信息传送给单片机[4]

　　2.1.2 蓝牙通信电路

　　蓝牙通信模块使用HC-06模块，HC-06是主从一体化的蓝牙模块，连接稳定，可自行设置密码，避免环境中的其它蓝牙设备的干扰;主从连接上后就不分主从，为透传模式;有效通信距离为10m;HC-06配有串口，可通过串口与单片机相连，应用简单方便。

　　2.2 中央控制节点硬件

　　中 央 控 制 节 点 固 定 于 房 屋 中 心 或 家 长 房 间 ， 由STC12C5A60S2单片机作为控制器，蓝牙模块接收信息，报警模块进行报警提醒。蓝牙模块接收到信息后传送给单片机，单片机对信息数据进行判断，当判定移动节点位置处于危险区域时就向报警模块发送指令启动报警提醒。报警模块由LED灯和蜂鸣器组成，收到报警信息后LED灯闪烁，蜂鸣器发声[5]。

　　3 系统软件设计

　　3.1 移动节点软件设计

　　移动节点上电后进行初始化;蓝牙设备搜索完成连接;GPS每隔5s获取GPPMC数据包;单片机通过蓝牙模块将数据包发送出去。

　　3.2 中央控制节点软件设计

　　中央控制节点工作流程如图3所示，设备上电后进行初始化;蓝牙设备搜索完成连接;蓝牙接收到数据;单片机解析数据并对位置信息进行判断;若移动节点位置处于危险区域，则启动报警模块进行报警提醒;若移动节点处于安全区域，则继续等待下一条信息。

　　4 系统测试

　　系统测试图如图4所示，建立9m×15m的矩形区域，其中白色区域为“安全区域”，灰色区域为“危险区域”。以3m为间隔在矩形区域内建立A至H的8个测试点，中央控制节点放置在矩形区域中央。设备启动连接蓝牙后将移动节点依次放置在各个测试点，并记录中央控制节点报警情况，系统测试结果记录表如表1所示。由测试结果可见，本设计功能稳定。

　　5 结束语

　　本设计以单片机为控制核心，由GPS模块获取位置信息，通过蓝牙技术传输数据。将移动节点佩戴在孩子身上，家长就可以在家中的工作娱乐场所里随时了解孩子的位置，并在孩子即将进入危险区域时得到报警提醒，能让忙碌的家长在家中做家务或休息时掌握孩子的动向，可大大减少儿童受伤的几率，让儿童多一份安全也让家长多一份安心。本设计存在很多不足，比如定位精度不够高、定位用时稍长、移动节点体积过大等。但本设计为儿童安全区域监控方面提供了一个粗略的解决方案，在功能上达成了预期要求。

　　参考文献：

　　王杭州,徐文浩,丁泉会.基于贝叶斯网络的报警系统管理方法[J].计算机与应用化学,2017,34(5).

　　张永生,张梦杰,范金鑫,等.基于STM32F103的车载儿童防滞留报警系统[J].内燃机与配件,2017 (2) :74-77.

　　刘晓明.一种车载劫持报警系统的研究[J].天津中德应用技术大学学报,2017 (2) :74-77.

　　盛彬,乔栋.基于单片机的用电报警系统在智能灭火机器人中的应用[J].通讯世界, 2017 (16) :272-273.

　　李冬,张营.风电机组火灾监控报警系统设计[J].黑龙江科技信息,2017(20).