基于STM32的智能儿童防丢书包设计

引 言

随着社会复杂度及生活节奏的加快，儿童走失和被拐卖事件时有发生，这种现象刺痛了我们的心[1]。

目前，市面上儿童防丢书包稀少，常见的产品都是智能儿童防丢器，主要包括智能手环、电话手表等。前者价格便宜， 但功能简单；后者只能称为缩小版的电话，且价格高昂[2]。此外， 家长周末经常带着孩子外出玩耍，一不留神，小孩就有可能走丢[3]。本文针对市面上现有产品的缺陷，设计了一款儿童防丢书包。该设计主要包括终端和主控端两部分。主控端即为家长的手机，书包终端通过安装STM32F103VET6，SIM808 模块以及蓝牙模块实现相关功能。

本文设计的儿童防丢书包主要包含亲子游玩模式与远程监控模式。第一种模式由家长打开手机预先安装好的App， 连接终端装置上的蓝牙，按下键 1选择亲子游玩模式。当装置（儿童位置）距离主控端手机（家长位置）小于10m（即一般蓝牙的通信距离），装置和手机端都不会报警提示。但若超出10m的范围，则蓝牙断开，装置上的蜂鸣器报警，并通过SIM808模块以短信形式将经纬度信息发送到家长手机上，且手机 App也将会进行声音报警。第二种模式是家长在孩子出门前按下键 2，即可通过拨打电话获悉装置所在经纬度，并通过地图查询孩子的具体位置。

1 系统硬件设计

1.1 系统总体设计

系统基于STM32 平台设计，主要包括电源模块、蓝牙模块、蜂鸣器模块、SIM808 模块、手机终端。系统结构框图如图 1 所示。

STM32 模块作为整个装置的 心脏 ，用于控制系统的正常运行；电源模块用来给系统供电，是保障系统正常运行的前提；蜂鸣器用来发声报警，提醒家长 ；GPRS 模块用来实现与主控制端之间的通信，其上设有GPS 模块接口，用于连接GPS 模块，能够实时定位系统位置。

1.2 蓝牙模块设计

蓝牙模块采用HC-06 模块实现。该模块是一块从机模块，在未建立蓝牙连接时支持通过 AT 指令设置波特率、名称、配对密码等参数，还具有掉电保存功能。蓝牙连接后自动切换到透传模式。该模块的理论通信距离为 10 m。使用前需要配置波特率、名称、配对密码等参数。

蓝牙模块的功能是判断终端装置（儿童位置）与主控端手机（家长位置）的距离是否小于 10 m。STM32 通过调用固件库函数读取蓝牙状态输出脚 state 的输出电平。高电平表示连接，低电平表示断开。根据 STM32 读取该引脚的电平值并判断蓝牙是否连接，从而决定是否启动蜂鸣器报警提醒家长。

1.3 GPRS模块设计

GPRS 模块采用SIM808 模块。该模块是高性能工业级GSM/GPRS 四频芯片，集成了 GPS 和蓝牙功能。除了可以实现电话语音、SMS（短信、彩信）、GPRS 数据传输外，还具有GPS 定位等功能。使用该模块之前在程序中通过编写AT 指令对其进行配置。

GPRS 模块的功能是实现主控制端与终端之间的通信， 并通过GPS 模块进行实时定位。触发报警时，STM32 将采集的经纬度信息通过GPRS 模块以短信形式发送给主控制端。

2 系统软件设计

2.1 系统主程序设计

系统程序流程图如图2 所示。该系统主要采用C 语言编程， 在Keil5 平台上实现。流程实现如下所示：

(1) 书包上的装置启动后，其上的 STM32单片机开始进行初始化；

(2) STM32扫描两个按键 1、2的状态来决定执行哪种模式。当执行第一种模式时，单片机开始检测蓝牙连接状态， 若连接则程序通过while函数停留在当前指令上；若断开，则开启蜂鸣器报警提醒，并将SIM808 模块传来的经纬度信息经解析后，在中断中通过 SIM808模块以短信形式发送给主控制端，每 10s发送一次。当执行第二种模式时，则家长通过打电话来触发中断程序，在中断中发送经纬度到主控制端，只发送一次。发送完毕后，回到模式二程序的初始位置，等待中断指令被再次触发。

2.2 主控制端App设计

主控制端 App 设计基于 Android 4.0 及以上的操作系统， 所用开发工具是使用广泛的、跨平台的 Eclipse 集成开发环境。 软件程序设计架构流程如图 3 所示。

2.2.1 主控制端App 程序设计

在Eclipse 集成开发环境下，设置手机界面时应新建一个Android 项目工程。在创建时需要注意以下几点：

(1) 一个 Activity就是一个类，且该类继承 Activity；

(2)当一个Activity首次运行显示在手机上时就会调用Oncreate 复写方法；

(3) 任何一个Activity都需要在AndroidManifest.xml中配置。

(4) 操作蓝牙时FF0C首先应在AndroidManifest. xml 中 加 入 权 限；<uses-permissionandroid：name= android.permission.BLUETOOTH_ADMIN/><uses-permissionandroid ：name =android.permission. BLUETOOTH/>

(5) 手机界面的 Textiew文本控件和Button按钮等控件在Activity中添加。

2.2.2 App界面

App 界面如图 4 所示。

图 4 App 界 面

本软件必须要运行在Android 4.0 及以上操作系统，打开App，点击连接蓝牙，App 会弹出启动蓝牙的请求界面，点击允许便可进行蓝牙连接。

3 系统测试结果

设计好系统软硬件后，将终端装置固定在书包内进行测试。打开手机 App，连接蓝牙，按下按键 1，装置不报警。将手机端的蓝牙断开，装置上的蜂鸣器响起，装置报警。手机端开始接收来自装置的经纬度信息，每 10 s 接收一次。复位装置，按下按键 2，拨打电话，手机收到来自GPRS 模块发送的经纬度信息，拨打一次便接收一次信息。

4 结 语

该防丢书包弥补了传统书包使用功能单一的缺陷，在其基础上融入了实时定位功能，不仅具有实用性和可靠性，更为现有儿童防丢装置的产品设计提供了一定参考 [4]。