科毕业设计（文）
基单片机北斗定位系统设计
Design of Beidou positioning system based on single chip microcomputer
摘
现代社会空巢老越越老意外发生时呼救健康甚生命安全带威胁老安全监护受越越关注解决问题次设计STC12C5A60S2单片机作处理器UM220模块作核心结合LCD12864显示模块蜂鸣器SIM900模块实现功报警系统果老弱势群体发生意外情况报警键蜂鸣器响起液晶屏显示病例敏史药品位置等通键切换位置址信息通GSM线通信模块定位信息发送家手机中伤者时救援实验结果表明系统够准确实现报警定位信息显示功安全监护提供解决方案
关键词：北斗定位系统单片机信息采集GSM通信
Abstract
There are more and more empty nesters in modern society The elderly can＇t call for help in time due to accidents which brings threats to health and even life safety Therefore more and more attention has been paid to the safety monitoring of the elderly In order to solve this problem STC12C5A60S2 single chip microcomputer is used as the main processor um220 module as the core LCD12864 display module buzzer and sim900 module are combined to realize the multifunctional alarm system If the elderly or vulnerable groups have an accident press the alarm button the buzzer will sound the case allergy history drug location etc will be displayed on the LCD screen and the location address information can also be switched through the button And through the GSM wireless communication module the location information is sent to the family cell phone so that the injured can be rescued in time The experimental results show that the system can accurately realize the functions of alarm location and information display and provide a solution for safety monitoring
Key words Beidou positioning system single chip microcomputer information collection GSM communication
目录
第章 绪 1
11北斗定位系统工作原理 1
12设计研究容成果 2
第二章 整体方案设计 3
21系统整体方案 3
22 系统整体框架图 3
第三章 硬件电路设计 4
31 UM220接受板模块 4
311北斗定位系统接受板原理 4
312通信处理信息协议 5
32 STC12C5A60S2单片机 5
321 STC12C5A60S2单片机结构 5
322 引脚定义功 5
33 LCD液晶显示器 6
331 LCD显示器工作原理 6
332 12864液晶介绍 7
34 单片机液晶显示器接口电路 9
35 GSM线通信模块 9
351 移动通信系统发展 9
352 GSM移动通信系统 9
353 GSM系统技术 10
354 短消息业务 10
355 SIM900 10
36蜂鸣器模块 11
第四章 软件设计分析 12
41 系统软件设计 12
42 软件设计功模块 13
421 液晶显示模块 13
422 单片机中断初始化模块 13
423 时序模块 13
43定位数解析显示 13
431 数接收 13
432 数处理显示 13
第五章 系统设计工具 15
51 KEIL编译器 15
511 Keil C简介 15
512 Keil软件编译步骤 15
52 STCISP程序载步骤 16
第六章 系统调试结果 18
61硬件调试 18
62 软件调试 18
63设计结果 18
参考文献 21
致谢 22
第章 绪
11北斗定位系统工作原理
国北斗卫星导航系统历十年研究建设已成功完成北斗号北斗二号建设意味着北斗够覆盖亚太区区域建设目标达成已完成全球组网部署全球提供定位服务北斗二号全球卫星导航系统组成形式空间段户段面段三部分北斗导航系统中枢部分面中心控制实现卫星测轨定位调整[1]实现卫星定位实时监控
开手机导航软件卫星定位功会行运行北斗系统组建空间卫星网络55颗北斗导航卫星组成轨道分布时观察北斗卫星存定位系统基原理户机定位卫星面中心站三者间相互响应首先面中心站会北斗卫星发送询问信号北斗卫星该信号扩散区域果期间户机定位功会定位请求反馈北斗卫星卫星反馈发送面中心站根电磁波速率完成信号传播时间面中心站北斗卫星户机两者间距离测量出户机第颗卫星距离第二颗卫星距离俩球面球面相交圆环球表面交点面中心站确定出户机前位置终卫星接收位置信息传送户机完成定位流程出卫星相中转站户机面中心站相互连接起传递信息需提高定位精度四颗者更导航卫星确定户机空间坐标轴户机确切位置现市面数手机搭载北斗定位系统接收解析北斗信号然明面GPS知觉中北斗提供许支持北斗系统仅应军事领域开始加民开发北斗更加全面化GPS势均力敌特点北斗系统建设摆脱GPS限制拥定位战略提高国防安全次GPS身技术局限性北斗系统具GPS法实现功卫星应中具更前景
12设计研究容成果
现代社会空巢老越越老意外发生时呼救健康甚生命安全带威胁防范未成年走失满足前健康关注市场需求家更加放心老家独外出次设计采示波法设计出种基STC系列单片机北斗定位系统该设计拥成低廉测量方便结果精确特点设计UM220模块采集解析定位信息通GSM线通信模块SIM900发送定位信息液晶显示纬度坐标信息联系时收家发送定位信息 LCD模块负责显示报警员重信息前位置址实现信息切换蜂鸣器吸引周围注意力进行救援实现快速报警发送位置信息功
第二章 整体方案设计
21系统整体方案
次设计报警系统实现方案硬件系统部分软件系统部分首先硬件系统设计基STC12C5A60S2芯片信号检测采集系统部分中UM220模块通串口1传输采集数信息SIM900A模块通串口2分析坐标位置信息通短信形式发送预设手机号码软件系统设计完成北斗定位信息采集定位信息提取分析定位通全球移动通信系统发送通液晶显示模块显示
22 系统整体框架图GSM通信模块SIM900A
蜂鸣器
外部供电
北斗定位模块UM220IVN
STC12C5A60S2单片机
LCD液晶显示屏
图21系统整体框图
第三章 硬件电路设计
31 UM220接受板模块
次设计UM 220IV N拥双系统高性全球导航卫星系统模块模块SoC芯片该芯片具双系统频高性出色实现模块求产品开发成降低UM220IV N整体设计紧凑实现标准取放回流焊全动集成特适合低成低功耗领域UM200原理图图31示
311北斗定位系统接受板原理
UM220IV N模块采5V供电搭载RS232接口串行端口1串行端口进行数传输固件升级等模块位机接口适配LVTTL电动输出ASCII字符型语句通信波特率值默认9600bps值115200bps串行端口2进行数传输搭载1外部中断信号输入脚该模块采天线接收卫星信号变频放信号信号进行滤波减少干扰等处理出户前位置信息输出标准时间纬度纬度方等数
图31 芯星通公司设计UM200原理图
312通信处理信息协议
串口数发送接收位位接收接收8位数申请中断进行数存储[2]语句开头前两字母作标志符三字母作语句名称逗号数分割开代表着作语句末尾进行校验换行符结束整条语句接着输出条语句信息中校验计算方法＇＇起＇*＇ 前字符异 16 进制表示
32 STC12C5A60S2单片机
次设计STC12C5A60S2单片机该单片机兼容51核 该单片机适性更加广泛部仅搭载机存取存储器Flash读程序存储器两类存储器容量相较单片机较优势容纳更数处理速度传统8051812倍满足兼容传统8051代码求集成MAX810特复位电路2路PWM8路高速10位AD转换[3]MCU部进程提供60kFlash ROM方便户存储加密编写程序保护劳动成果
该单片机种中断方式适应外接模块情况防止串口足三种低功耗工作方式采标志位判断否进入省电模式三种模式达效果空闲模式进行外部中断定时器串口起效果进入低速模式仅减少功耗降低干扰微控制器进入掉电模式时部时钟停振
321 STC12C5A60S2单片机结构
STC12C5A60S2单片机中包括中央处理器（CPU）程序存储器（Flash）数存储器（SRAM）定时计数器UART串行端口等模块
322 引脚定义功
图32 STC12C5A60S2引脚图
图32显示单片片STC12C5A60S2针脚排列针脚功部分
P0：P0口作输入输出口址数复总线
P1：P1口着八位IO串口接收外部信息信号输出
P2：P2口部拉电阻作高8位址总线输入输出口
P3：8双IO口作外部中断定时器中断降中断等外部数存储器写脉读脉
P4口：增加4IO口进行位寻址
XTAL1：反放器输入端
XTAL2：反振荡器输出端
RST：该引脚起复位作进行初始化重新赋值
33 LCD液晶显示器
331 LCD显示器工作原理
液晶显示器显原理屏幕背排LED灯称背光源通解光学系统光线穿屏幕部第张膜光提供白色背景圆点覆盖导光板光线底部边缘进入时会通全反射传播直碰中点光线前面显现出通漫射膜消导光板点阵图案然棱镜膜漫射膜非常均匀明表面果表面添加玻璃夹层显示出图微玻璃珠填充窗格间空间保持液晶分离晶体允许光两轴均匀传递两块玻璃表面相互成90度角形成凹槽中间分子排列成螺旋线背光源光通第偏光片进入夹层时液晶旋转允许通第二偏光片出现屏幕前方称正常白模式夹层结构施加电场晶体排列通第偏振片光线会晶体旋转通屏幕前方称正常黑模式然通玻璃控制光线获色彩控制电极间电压控制光线强度素红蓝绿三子素组成夹层中子素覆盖透明电极调整子素面电极快门构成特定颜色面板印刷薄膜晶体微型器件子素晶体控制通特定行施加电压时保持行接该行中子素接收屏幕顶部视频数逐行接收信息切换速度快流畅图
332 12864液晶介绍
置819216*16点阵128*16字符点阵显示RAMPSB引脚高电时选择行方式PSB低电时选择串行方式[4]果显示屏显示信息出现图模糊现象时通调整模块R5电位器清晰见素点止液晶屏显示起始行址采相隔形式排序图34表31LCD脚说明：
图34LCD12864引脚排布
12864LCD技术参数：电源：VDD3V+5V接口：8位行端口者串行端口显示特性：显示颜色：蓝屏黄绿屏 LED背光配置
表31 LCD12864脚说明
34 单片机液晶显示器接口电路
LCD 12864液晶屏工作电压+30V~+55V兼容单片机直接IO连接LCD12864液晶屏包括行串行接口方式应场合
图34 STC12C5A60S2LCD接口电路
35 GSM线通信模块
351 移动通信系统发展
移动通信出现现实现万物智联程历许曲折攻克系列技术难点次进步移动通信速度次质飞跃全球范围进行信息间传输初代模拟蜂窝移动通信讯号实现区制提高系统容量2G通讯时代1G区传输数进入数字时代流制式TDMACDMAGSMGSM广泛采3G手机拥电脑功仅传送声音传输数信息智手机开始普中国研发TDSCDMA然中国核心专利高通西门子买说角度国第次站起现普遍4G实现时线接入网速提升10倍建成更效利线电波获更网体验4G类似3GWLAN合体移动通信产业巨发展突破5G通信技术次革新会显著提高速度实现高速率超低延迟等系列伴生应产品会出现生活中
352 GSM移动通信系统
GSM系统分系统构成交换分系统(MSS)基站子系统(BSS)移动台(MS)操作维护分系统(OMS) [5]移动台通信塔发送信息区域基站收发信台进行转换变成标准信号传递基站控制器进行统理GSM开放系统研发微蜂窝基站室应提供数连接具稳定性强容易遭受外部干扰接收信息灵敏产品耗电量低等特点
353 GSM系统技术
采址技术频分址时分址码分址GSM系统般FDD分双工方式GSM系统器件接口特定功定义接口间相互连接完成相关传递传递够形式完成特定功系统信息处理步骤先发送端语音进行编码交织加密调制线信道发送接收端反解调信息输出完成信息处理鉴权鉴定户信息判定否拥权限样增强户安全性
354 短消息业务
短信息服务GSM系统中提供种GSM终端 (手机) 间 通服务中心进行文信息收发应服务[6]GSM系统短消息服务进行位置信息发送位置信息会直接终端显示GSM通信网络种数服务果完成短信发送步骤首先发送信息中填写发送目标址然线控制通道发送短消息服务中心服务中心会消息进行储存转发终实现短信发送功果进行消息发送接收种情况会影响呼短消息业务反馈信息否发送成功果发送失败存储信息
355 SIM900
该模块5v供电(直流) 支持GSMGPRS四频段 包括85090018001900MHZGSM0707 0705 AT命令Ai Thinker扩展命令[7]该模块次处理条MCU发送AT指令果时接收条指令SIM900会选择中条AT指令进行执行发送指令时急输入信息需等台执行完指令操作条指令然采纳指令会遗忘设置中心号码时注意中心号码非机号码短信中心号码SIM900A模块RXD接单片机端口2TXDSIM900ATXD接端口2RXDSTC12C5A60S2微型计算机SIM900A模块实现相互连接位置信息进行传送图35显示SIM900A方框图
图35 原理框图
36蜂鸣器模块
该系统源蜂鸣器置振荡器晶片集成电路生产工艺复杂性稳定源蜂鸣器高度09cm半径055cm黑胶封闭通交流电压产生磁场振膜振动蜂鸣器工作电压3V直流电压电流超30MA工作温度2070度范围
第四章 软件设计分析
41 系统软件设计
设计包括北斗位置信息采集单片机位置信息提取分析定位通GSM传输通液晶屏显示模块显示开电源模块首先初始化UM220通外部天线接收定位信息果信号数进行处理单片机判断否位置信息类型GNRMC然相应信息片段进行接收确认否数接收继续解析完成生成高斯面坐标发送GSM模块显示LCD12864中触发键时蜂鸣器响起液晶显示屏显示信息SIM900接收处理理位置发送亲属系列步骤实现报警功设计流程图图4示
开始
模块初始化
键扫描
Y
开始接收定位数报文
Key_flag1
N
否接收效数
N
数接收
N
接收正确
蜂鸣器响起显示信息
处理解析数
液晶屏显示
GSM发送数
结束
图41 程序流程图
42 软件设计功模块
421 液晶显示模块
文LCD12864初始化液晶屏LCD12864显示数（字母汉字等）需先写入屏幕显示址显示数完成写命令函数写数函数基实现部分操作
422 单片机中断初始化模块
北斗模块接收定位信息需数传输单片机想完成步骤需单片机执行中断程序总中断设置开启状态允许中断触发
423 时序模块
设置延时程序显示段文字需调延时函数防止时序短外检测键扫描时需运行延时程序实现软件抖动减少重复检测率次键次进行扫描错误操作
43定位数解析显示
431 数接收
定位模块启动接收类信息（：纬度标准时间等）数包括语句中 STC12C5A60S2单片机缓区会存放定位模块发送定位信息然位机里显示定位模块接收种信息更加清楚定位模块接收情况便信息进行处理等图42示：
图42 模块接收数
432 数处理显示
设计需UM220模块接收类数中解析出GNRMC帧数通图2解R’者M’GNRMC语句出现通判断否存R’者M’确定否进行采集缓区次存储句定位语句缓区数会条语句掩盖掉接收次数进行判定否GNRMC语句果进行数解析显示果者定位信息效继续接收信息
UM220模块提供北斗语句BDGGABDGLLBDGSABDGSVBDRMCBDVTG等 条语句特定格式承载着数信息[8]中解析出UTC时间纬度方信息通单片机处理发送LCD液晶显示屏显示显示结果图43示设计数中’作分离数标志根需解析相应数信息
图43 定位信息
第五章 系统设计工具
51 KEIL编译器
511 Keil C简介
Keil C51系列兼容微控制器C语言软件开发系统编程语言普遍程序设计语言C语言具显着功结构读性维护性优势拥着高级语言特点兼备汇编语言特点初学者较友编译器汇编器链接器调试器模块集成开发环境里
5111 8051开发工具
Keil C51种结构化语言具灵活高效等优点算法实现较汇编语言简单[9]次设计Keil uVision4集成编译器汇编器实时操作系统等Keil μVision4加入系统窗口者时进行操控监视器编写程更加操作流畅新代Keil界面更加全面提高屏幕空间利率时窗口更加快速编写程序代码
5112 uVision4 集成开发环境
该软件实现程序编译仿真调试 Vision4 IDE增强开发员工作效率设计提供设备外围寄存器信息信息System Viewer窗口部直接更改[10]源文件编程说明开发工具选项三部分组成项目项目中实现目标程序包含繁库函数完善编译链接工具开发者更加轻松编译程序进步优化代码
512 Keil软件编译步骤
（1）开软件编写新应程序前首先建立工程（Project）Keil uVision4户应程序设计视工程该工程编程需相互关联程序链接工程中项目中相互关联程序起进行调试编程更加畅（2）工作窗口编写程序者word中编写复制文件编辑窗口编译调试中修改源程序中错误图51示：
图51 程序编写窗口
（3）编译程序通点击设置创建hex然生成够执行目标代码文件图52示：
图52 设置输出hex文件
（4）工程实现步编译程序显示图53示名gpshex执行文件图出RAM程序占空间完成步骤hex文件模拟微控制器写入
图53 hex文件生成提示信息
52 STCISP程序载步骤
（1）运行STCISP烧录软件选择STC12C5A60S2型号芯片图54示：
图54 芯片信号选择
（2）扫描键帮助找寻正COM端口选择相应COM端口号然点击开文件键寻找工程里gpshex文件点击添加应中效果图55示：
图55 添加gpshex文件
程序载步骤完成准备工作点击载编程键完成程序烧录
第六章 系统调试结果
61硬件调试
设计障操作程中造成错误
检查模块间链接引脚否误通电前查VCCGND防止烧坏开发板
62 软件调试
寻找造成错误根源通修改代码验证部分功否正确先调试子程序功然调试整程序特注意测试模块间否正确进行传递参数完成整体代码编写点击软件左角编译钮系统会工程代码文件进行编译keil uvisin4软件面BuildOutput窗口相应提示信息果出现错误信息提示查找修改代码直没错误止
（1）检测LCD12864显示模块代码程序输出段字符串便观测12864液晶显示器否正确输出应字符
（2）结合位置接收模块程序液晶显示模块程序效数进行筛选显示观察LCD12864液晶显示器北斗定位显示信息
（3）查UM220接收模块程序观察LCD12864液晶屏串行端口助手显示数接收确定UM220信号接收状态
63设计结果
电果检测标志位flag0时启动定位功定位成功LCD12864显示屏持续显示定位信息图61示：
图61位置信息显示
果标志位flag1时显示屏会显示信息会位置信息发送亲属图6263示：
图62信息显示
图63址信息接收成功
通实验结果表明系统够准确实现报警定位信息显示位置信息短信形式发送信息切换等功安全监护提供解决方案
结
次毕业设计模块实现定位信息采集正常筛选信息LCD12864显示屏进行显示终通SIM900A短信形式位置信息发送家属够时察觉意外发生采取救援行动广百姓提供安全保障降低发生意外事法时救护风险次毕业设计解单片机UM220采集信息处理12864显示屏显示处理信息实现信息定位信息显示切换初步学北斗定位原理部分工作流程国北斗导航系统断完善成全球定位系统会世界提供定位服务定范围发出求救信号更应会搭载北斗定位智慧城市建设提供份力量通次设计实践理相结合更深刻学C51系列单片机整套开发流程C语言编写中断函数运等提高身搜寻资料查阅文献设计规范力设计系统方面处理信息方面缺乏验导致存许足基完成设计求续需完善功增强实性
参考文献
[1] 温泉GPS定位系统北斗导航系统民航中应[J]科技创新应2019(28)168169
[2] 林家章二岑林华GPSGPRS远程通信技术工程机械研究运[J]代农机2019(10)6972
[3] 袁永超邓炯锋基STC12C5A60S2单片机汽车防盗装置研究[J]计算机产品流通2019(07)178
[4] 葛耿育基STC89C52LCD12864液晶串行显示设计[J]遵义师范学院学报201618(05)98101
[5] 高倩GSM移动通信系统概述[J]数字传媒研究201532(07)4246
[6] 柯磊赵莉高鹏程雪基STC12C5A60S2单片机指纹解锁系统[J]电子制作2019(Z1)151152
[7] 赵学斌冯汝健杨蕊王强基SIM900A远程汽车空调温度控制系统[J]中国新通信201719(10)101
[8] 索菲基UM220北斗数接收处理简单应[J]科技创新应2017(24)13
[9] 陈克选 郝礼杰 李春旭 et al 基keilC51实现变极性等离子焊控制系统编程[J] 电焊机 2003 33(1)3437
[10] ARM发布Keil Vision4集成开发环境嵌入式软件开发提供简化开发环境[J]电子电脑2009(04)70
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科毕业设计（文）
基单片机北斗定位系统设计
Design of Beidou positioning system based on single chip microcomputer
摘
现代社会空巢老越越老意外发生时呼救健康甚生命安全带威胁老安全监护受越越关注解决问题次设计STC12C5A60S2单片机作处理器UM220模块作核心结合LCD12864显示模块蜂鸣器SIM900模块实现功报警系统果老弱势群体发生意外情况报警键蜂鸣器响起液晶屏显示病例敏史药品位置等通键切换位置址信息通GSM线通信模块定位信息发送家手机中伤者时救援实验结果表明系统够准确实现报警定位信息显示功安全监护提供解决方案
关键词：北斗定位系统单片机信息采集GSM通信
Abstract
There are more and more empty nesters in modern society The elderly can＇t call for help in time due to accidents which brings threats to health and even life safety Therefore more and more attention has been paid to the safety monitoring of the elderly In order to solve this problem STC12C5A60S2 single chip microcomputer is used as the main processor um220 module as the core LCD12864 display module buzzer and sim900 module are combined to realize the multifunctional alarm system If the elderly or vulnerable groups have an accident press the alarm button the buzzer will sound the case allergy history drug location etc will be displayed on the LCD screen and the location address information can also be switched through the button And through the GSM wireless communication module the location information is sent to the family cell phone so that the injured can be rescued in time The experimental results show that the system can accurately realize the functions of alarm location and information display and provide a solution for safety monitoring
Key words Beidou positioning system single chip microcomputer information collection GSM communication
目录
第章 绪 1
11北斗定位系统工作原理 1
12设计研究容成果 2
第二章 整体方案设计 3
21系统整体方案 3
22 系统整体框架图 3
第三章 硬件电路设计 4
31 UM220接受板模块 4
311北斗定位系统接受板原理 4
312通信处理信息协议 5
32 STC12C5A60S2单片机 5
321 STC12C5A60S2单片机结构 5
322 引脚定义功 5
33 LCD液晶显示器 6
331 LCD显示器工作原理 6
332 12864液晶介绍 7
34 单片机液晶显示器接口电路 9
35 GSM线通信模块 9
351 移动通信系统发展 9
352 GSM移动通信系统 9
353 GSM系统技术 10
354 短消息业务 10
355 SIM900 10
36蜂鸣器模块 11
第四章 软件设计分析 12
41 系统软件设计 12
42 软件设计功模块 13
421 液晶显示模块 13
422 单片机中断初始化模块 13
423 时序模块 13
43定位数解析显示 13
431 数接收 13
432 数处理显示 13
第五章 系统设计工具 15
51 KEIL编译器 15
511 Keil C简介 15
512 Keil软件编译步骤 15
52 STCISP程序载步骤 16
第六章 系统调试结果 18
61硬件调试 18
62 软件调试 18
63设计结果 18
参考文献 21
致谢 22
第章 绪
11北斗定位系统工作原理
国北斗卫星导航系统历十年研究建设已成功完成北斗号北斗二号建设意味着北斗够覆盖亚太区区域建设目标达成已完成全球组网部署全球提供定位服务北斗二号全球卫星导航系统组成形式空间段户段面段三部分北斗导航系统中枢部分面中心控制实现卫星测轨定位调整[1]实现卫星定位实时监控
开手机导航软件卫星定位功会行运行北斗系统组建空间卫星网络55颗北斗导航卫星组成轨道分布时观察北斗卫星存定位系统基原理户机定位卫星面中心站三者间相互响应首先面中心站会北斗卫星发送询问信号北斗卫星该信号扩散区域果期间户机定位功会定位请求反馈北斗卫星卫星反馈发送面中心站根电磁波速率完成信号传播时间面中心站北斗卫星户机两者间距离测量出户机第颗卫星距离第二颗卫星距离俩球面球面相交圆环球表面交点面中心站确定出户机前位置终卫星接收位置信息传送户机完成定位流程出卫星相中转站户机面中心站相互连接起传递信息需提高定位精度四颗者更导航卫星确定户机空间坐标轴户机确切位置现市面数手机搭载北斗定位系统接收解析北斗信号然明面GPS知觉中北斗提供许支持北斗系统仅应军事领域开始加民开发北斗更加全面化GPS势均力敌特点北斗系统建设摆脱GPS限制拥定位战略提高国防安全次GPS身技术局限性北斗系统具GPS法实现功卫星应中具更前景
12设计研究容成果
现代社会空巢老越越老意外发生时呼救健康甚生命安全带威胁防范未成年走失满足前健康关注市场需求家更加放心老家独外出次设计采示波法设计出种基STC系列单片机北斗定位系统该设计拥成低廉测量方便结果精确特点设计UM220模块采集解析定位信息通GSM线通信模块SIM900发送定位信息液晶显示纬度坐标信息联系时收家发送定位信息 LCD模块负责显示报警员重信息前位置址实现信息切换蜂鸣器吸引周围注意力进行救援实现快速报警发送位置信息功
第二章 整体方案设计
21系统整体方案
次设计报警系统实现方案硬件系统部分软件系统部分首先硬件系统设计基STC12C5A60S2芯片信号检测采集系统部分中UM220模块通串口1传输采集数信息SIM900A模块通串口2分析坐标位置信息通短信形式发送预设手机号码软件系统设计完成北斗定位信息采集定位信息提取分析定位通全球移动通信系统发送通液晶显示模块显示
22 系统整体框架图GSM通信模块SIM900A
蜂鸣器
外部供电
北斗定位模块UM220IVN
STC12C5A60S2单片机
LCD液晶显示屏
图21系统整体框图
第三章 硬件电路设计
31 UM220接受板模块
次设计UM 220IV N拥双系统高性全球导航卫星系统模块模块SoC芯片该芯片具双系统频高性出色实现模块求产品开发成降低UM220IV N整体设计紧凑实现标准取放回流焊全动集成特适合低成低功耗领域UM200原理图图31示
311北斗定位系统接受板原理
UM220IV N模块采5V供电搭载RS232接口串行端口1串行端口进行数传输固件升级等模块位机接口适配LVTTL电动输出ASCII字符型语句通信波特率值默认9600bps值115200bps串行端口2进行数传输搭载1外部中断信号输入脚该模块采天线接收卫星信号变频放信号信号进行滤波减少干扰等处理出户前位置信息输出标准时间纬度纬度方等数
图31 芯星通公司设计UM200原理图
312通信处理信息协议
串口数发送接收位位接收接收8位数申请中断进行数存储[2]语句开头前两字母作标志符三字母作语句名称逗号数分割开代表着作语句末尾进行校验换行符结束整条语句接着输出条语句信息中校验计算方法＇＇起＇*＇ 前字符异 16 进制表示
32 STC12C5A60S2单片机
次设计STC12C5A60S2单片机该单片机兼容51核 该单片机适性更加广泛部仅搭载机存取存储器Flash读程序存储器两类存储器容量相较单片机较优势容纳更数处理速度传统8051812倍满足兼容传统8051代码求集成MAX810特复位电路2路PWM8路高速10位AD转换[3]MCU部进程提供60kFlash ROM方便户存储加密编写程序保护劳动成果
该单片机种中断方式适应外接模块情况防止串口足三种低功耗工作方式采标志位判断否进入省电模式三种模式达效果空闲模式进行外部中断定时器串口起效果进入低速模式仅减少功耗降低干扰微控制器进入掉电模式时部时钟停振
321 STC12C5A60S2单片机结构
STC12C5A60S2单片机中包括中央处理器（CPU）程序存储器（Flash）数存储器（SRAM）定时计数器UART串行端口等模块
322 引脚定义功
图32 STC12C5A60S2引脚图
图32显示单片片STC12C5A60S2针脚排列针脚功部分
P0：P0口作输入输出口址数复总线
P1：P1口着八位IO串口接收外部信息信号输出
P2：P2口部拉电阻作高8位址总线输入输出口
P3：8双IO口作外部中断定时器中断降中断等外部数存储器写脉读脉
P4口：增加4IO口进行位寻址
XTAL1：反放器输入端
XTAL2：反振荡器输出端
RST：该引脚起复位作进行初始化重新赋值
33 LCD液晶显示器
331 LCD显示器工作原理
液晶显示器显原理屏幕背排LED灯称背光源通解光学系统光线穿屏幕部第张膜光提供白色背景圆点覆盖导光板光线底部边缘进入时会通全反射传播直碰中点光线前面显现出通漫射膜消导光板点阵图案然棱镜膜漫射膜非常均匀明表面果表面添加玻璃夹层显示出图微玻璃珠填充窗格间空间保持液晶分离晶体允许光两轴均匀传递两块玻璃表面相互成90度角形成凹槽中间分子排列成螺旋线背光源光通第偏光片进入夹层时液晶旋转允许通第二偏光片出现屏幕前方称正常白模式夹层结构施加电场晶体排列通第偏振片光线会晶体旋转通屏幕前方称正常黑模式然通玻璃控制光线获色彩控制电极间电压控制光线强度素红蓝绿三子素组成夹层中子素覆盖透明电极调整子素面电极快门构成特定颜色面板印刷薄膜晶体微型器件子素晶体控制通特定行施加电压时保持行接该行中子素接收屏幕顶部视频数逐行接收信息切换速度快流畅图
332 12864液晶介绍
置819216*16点阵128*16字符点阵显示RAMPSB引脚高电时选择行方式PSB低电时选择串行方式[4]果显示屏显示信息出现图模糊现象时通调整模块R5电位器清晰见素点止液晶屏显示起始行址采相隔形式排序图34表31LCD脚说明：
图34LCD12864引脚排布
12864LCD技术参数：电源：VDD3V+5V接口：8位行端口者串行端口显示特性：显示颜色：蓝屏黄绿屏 LED背光配置
表31 LCD12864脚说明
34 单片机液晶显示器接口电路
LCD 12864液晶屏工作电压+30V~+55V兼容单片机直接IO连接LCD12864液晶屏包括行串行接口方式应场合
图34 STC12C5A60S2LCD接口电路
35 GSM线通信模块
351 移动通信系统发展
移动通信出现现实现万物智联程历许曲折攻克系列技术难点次进步移动通信速度次质飞跃全球范围进行信息间传输初代模拟蜂窝移动通信讯号实现区制提高系统容量2G通讯时代1G区传输数进入数字时代流制式TDMACDMAGSMGSM广泛采3G手机拥电脑功仅传送声音传输数信息智手机开始普中国研发TDSCDMA然中国核心专利高通西门子买说角度国第次站起现普遍4G实现时线接入网速提升10倍建成更效利线电波获更网体验4G类似3GWLAN合体移动通信产业巨发展突破5G通信技术次革新会显著提高速度实现高速率超低延迟等系列伴生应产品会出现生活中
352 GSM移动通信系统
GSM系统分系统构成交换分系统(MSS)基站子系统(BSS)移动台(MS)操作维护分系统(OMS) [5]移动台通信塔发送信息区域基站收发信台进行转换变成标准信号传递基站控制器进行统理GSM开放系统研发微蜂窝基站室应提供数连接具稳定性强容易遭受外部干扰接收信息灵敏产品耗电量低等特点
353 GSM系统技术
采址技术频分址时分址码分址GSM系统般FDD分双工方式GSM系统器件接口特定功定义接口间相互连接完成相关传递传递够形式完成特定功系统信息处理步骤先发送端语音进行编码交织加密调制线信道发送接收端反解调信息输出完成信息处理鉴权鉴定户信息判定否拥权限样增强户安全性
354 短消息业务
短信息服务GSM系统中提供种GSM终端 (手机) 间 通服务中心进行文信息收发应服务[6]GSM系统短消息服务进行位置信息发送位置信息会直接终端显示GSM通信网络种数服务果完成短信发送步骤首先发送信息中填写发送目标址然线控制通道发送短消息服务中心服务中心会消息进行储存转发终实现短信发送功果进行消息发送接收种情况会影响呼短消息业务反馈信息否发送成功果发送失败存储信息
355 SIM900
该模块5v供电(直流) 支持GSMGPRS四频段 包括85090018001900MHZGSM0707 0705 AT命令Ai Thinker扩展命令[7]该模块次处理条MCU发送AT指令果时接收条指令SIM900会选择中条AT指令进行执行发送指令时急输入信息需等台执行完指令操作条指令然采纳指令会遗忘设置中心号码时注意中心号码非机号码短信中心号码SIM900A模块RXD接单片机端口2TXDSIM900ATXD接端口2RXDSTC12C5A60S2微型计算机SIM900A模块实现相互连接位置信息进行传送图35显示SIM900A方框图
图35 原理框图
36蜂鸣器模块
该系统源蜂鸣器置振荡器晶片集成电路生产工艺复杂性稳定源蜂鸣器高度09cm半径055cm黑胶封闭通交流电压产生磁场振膜振动蜂鸣器工作电压3V直流电压电流超30MA工作温度2070度范围
第四章 软件设计分析
41 系统软件设计
设计包括北斗位置信息采集单片机位置信息提取分析定位通GSM传输通液晶屏显示模块显示开电源模块首先初始化UM220通外部天线接收定位信息果信号数进行处理单片机判断否位置信息类型GNRMC然相应信息片段进行接收确认否数接收继续解析完成生成高斯面坐标发送GSM模块显示LCD12864中触发键时蜂鸣器响起液晶显示屏显示信息SIM900接收处理理位置发送亲属系列步骤实现报警功设计流程图图4示
开始
模块初始化
键扫描
Y
开始接收定位数报文
Key_flag1
N
否接收效数
N
数接收
N
接收正确
蜂鸣器响起显示信息
处理解析数
液晶屏显示
GSM发送数
结束
图41 程序流程图
42 软件设计功模块
421 液晶显示模块
文LCD12864初始化液晶屏LCD12864显示数（字母汉字等）需先写入屏幕显示址显示数完成写命令函数写数函数基实现部分操作
422 单片机中断初始化模块
北斗模块接收定位信息需数传输单片机想完成步骤需单片机执行中断程序总中断设置开启状态允许中断触发
423 时序模块
设置延时程序显示段文字需调延时函数防止时序短外检测键扫描时需运行延时程序实现软件抖动减少重复检测率次键次进行扫描错误操作
43定位数解析显示
431 数接收
定位模块启动接收类信息（：纬度标准时间等）数包括语句中 STC12C5A60S2单片机缓区会存放定位模块发送定位信息然位机里显示定位模块接收种信息更加清楚定位模块接收情况便信息进行处理等图42示：
图42 模块接收数
432 数处理显示
设计需UM220模块接收类数中解析出GNRMC帧数通图2解R’者M’GNRMC语句出现通判断否存R’者M’确定否进行采集缓区次存储句定位语句缓区数会条语句掩盖掉接收次数进行判定否GNRMC语句果进行数解析显示果者定位信息效继续接收信息
UM220模块提供北斗语句BDGGABDGLLBDGSABDGSVBDRMCBDVTG等 条语句特定格式承载着数信息[8]中解析出UTC时间纬度方信息通单片机处理发送LCD液晶显示屏显示显示结果图43示设计数中’作分离数标志根需解析相应数信息
图43 定位信息
第五章 系统设计工具
51 KEIL编译器
511 Keil C简介
Keil C51系列兼容微控制器C语言软件开发系统编程语言普遍程序设计语言C语言具显着功结构读性维护性优势拥着高级语言特点兼备汇编语言特点初学者较友编译器汇编器链接器调试器模块集成开发环境里
5111 8051开发工具
Keil C51种结构化语言具灵活高效等优点算法实现较汇编语言简单[9]次设计Keil uVision4集成编译器汇编器实时操作系统等Keil μVision4加入系统窗口者时进行操控监视器编写程更加操作流畅新代Keil界面更加全面提高屏幕空间利率时窗口更加快速编写程序代码
5112 uVision4 集成开发环境
该软件实现程序编译仿真调试 Vision4 IDE增强开发员工作效率设计提供设备外围寄存器信息信息System Viewer窗口部直接更改[10]源文件编程说明开发工具选项三部分组成项目项目中实现目标程序包含繁库函数完善编译链接工具开发者更加轻松编译程序进步优化代码
512 Keil软件编译步骤
（1）开软件编写新应程序前首先建立工程（Project）Keil uVision4户应程序设计视工程该工程编程需相互关联程序链接工程中项目中相互关联程序起进行调试编程更加畅（2）工作窗口编写程序者word中编写复制文件编辑窗口编译调试中修改源程序中错误图51示：
图51 程序编写窗口
（3）编译程序通点击设置创建hex然生成够执行目标代码文件图52示：
图52 设置输出hex文件
（4）工程实现步编译程序显示图53示名gpshex执行文件图出RAM程序占空间完成步骤hex文件模拟微控制器写入
图53 hex文件生成提示信息
52 STCISP程序载步骤
（1）运行STCISP烧录软件选择STC12C5A60S2型号芯片图54示：
图54 芯片信号选择
（2）扫描键帮助找寻正COM端口选择相应COM端口号然点击开文件键寻找工程里gpshex文件点击添加应中效果图55示：
图55 添加gpshex文件
程序载步骤完成准备工作点击载编程键完成程序烧录
第六章 系统调试结果
61硬件调试
设计障操作程中造成错误
检查模块间链接引脚否误通电前查VCCGND防止烧坏开发板
62 软件调试
寻找造成错误根源通修改代码验证部分功否正确先调试子程序功然调试整程序特注意测试模块间否正确进行传递参数完成整体代码编写点击软件左角编译钮系统会工程代码文件进行编译keil uvisin4软件面BuildOutput窗口相应提示信息果出现错误信息提示查找修改代码直没错误止
（1）检测LCD12864显示模块代码程序输出段字符串便观测12864液晶显示器否正确输出应字符
（2）结合位置接收模块程序液晶显示模块程序效数进行筛选显示观察LCD12864液晶显示器北斗定位显示信息
（3）查UM220接收模块程序观察LCD12864液晶屏串行端口助手显示数接收确定UM220信号接收状态
63设计结果
电果检测标志位flag0时启动定位功定位成功LCD12864显示屏持续显示定位信息图61示：
图61位置信息显示
果标志位flag1时显示屏会显示信息会位置信息发送亲属图6263示：
图62信息显示
图63址信息接收成功
通实验结果表明系统够准确实现报警定位信息显示位置信息短信形式发送信息切换等功安全监护提供解决方案
结
次毕业设计模块实现定位信息采集正常筛选信息LCD12864显示屏进行显示终通SIM900A短信形式位置信息发送家属够时察觉意外发生采取救援行动广百姓提供安全保障降低发生意外事法时救护风险次毕业设计解单片机UM220采集信息处理12864显示屏显示处理信息实现信息定位信息显示切换初步学北斗定位原理部分工作流程国北斗导航系统断完善成全球定位系统会世界提供定位服务定范围发出求救信号更应会搭载北斗定位智慧城市建设提供份力量通次设计实践理相结合更深刻学C51系列单片机整套开发流程C语言编写中断函数运等提高身搜寻资料查阅文献设计规范力设计系统方面处理信息方面缺乏验导致存许足基完成设计求续需完善功增强实性
参考文献
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[2] 林家章二岑林华GPSGPRS远程通信技术工程机械研究运[J]代农机2019(10)6972
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