李沛嵘 王 哲

0 引言

随着人们工作节奏的加快，很多老年人难以得到子女与家人及时的照顾，而且近年来老年人在外出时发生走失的情况时候发生[1,2]。于是，如何保证老年人出行安全的问题已成为大家关注的社会热点[3]。针对这一问题，本文利用GPS定位技术，实时掌握老人出现的位置信息，通过GSM通信系统，将老人实时的位置信息发送给使用者，为老年人出行安全保驾护航。此外，对日常出现地点通过安全围栏技术进行标识，智能预警老人的出行情况，进一步保证老年人的出行安全。

图1 系统信息流程

1 系统构成与信息流程

为了老人出行的安全考虑，本文设计一款智能鞋，使用者可以随时随地掌握老人的位置信息。将一个GPS定位模块、GSM通信模块、主控模块、电源模块以及其他电路集成在鞋底部分。利用GPS模块接收地理位置信息，主控单片机将筛选出来的GPS经纬度信息通过GSM模块短信通知监护人。实现使用者手机端对老人出行进行跟踪和监护。整个信息流程如图1所示。

2 硬件设计

整个系统的硬件主要包括电源模块、GPS模块、主控模块以及GSM模块组成。主控模块采用由TI公司生产的超低功耗MSP430系列单片机，该单片机广泛应用于可穿戴设备上，且片内资源丰富，完全满足设计要求。系统的硬件结构如图2所示。

图2 硬件结构

2.1 GPS模块

本文采用型号为GR-87的GPS模块，该模块封装小，体积仅为25×25×2mm，非常适合穿戴式产品使用。最多可同时接收20个卫星，定位速度快且定位精度高。模块与MSP430单片机的接口包括电源输入口和数据传输接口，接口方便、简单。所设计的电路如图3所示。其中LED脚为指示灯，显示是否接收到卫星信号，NON脚不接，GPSTX与GPSRX为与单片机的串口数据发送和接收。

图3 GPS模块及接口电路

2.2 GSM模块

TC35i的数据接口(CMOS电平)通过AT命令可双向传输指令和数据，它支持Text和PDU 格式的SMS(短消息)。GSM模块接口电路如图3所示。

GSM模块主要作用是将老人的实时位置信息传递给使用者或者是老人的家人。本文采用德国SIEMENS生产的型号为TC35i的GSM模块。该模块工作在GSM900和GSMl800双频段，并且支持中文短消息的发送。通过AT命令可实现数据和指令的双向传输，并且支持文本和PDU格式的短消息。需要注意的是，单片机的TTL电平与GAM模块的COMS电平直接需要通过MAX232电平转换芯片，才能实现数据的传输。所设计的GSM模块接口电路如图4所示。

图4 GSM模块接口电路

2.3 串口扩展模块

为了系统能够同时实现对GSM数据和GPS数据的收发操作，需要扩展系统的串口。目前，通用的串口扩展主要有软件和硬件两种实现方法。软件实现存在着通信频率低和采样次数少的问题。因此，本文选用国腾电子生产的GM8123芯片实现硬件的串口扩展。该芯片具有使用简单、抗干扰性强、波特率高等特点。所设计的串口扩展硬件接口电路如图5所示。

图5 串口扩展接口电路

3 结束语

针对老人在外出过程中易丢失的现象，保障老人的安全出行，本文设计一款基于GPS/GSM技术的防丢老人鞋。该智能鞋将GPS定位芯片安装于鞋内，实现老人位置的精确定位，通过GSM通信网络，使得使用者随时随地掌握老人的行为信息。同时能够日常出行轨迹的记录功能，在偏离日常出现路线后，及时推送偏离预警信息。从而防止老人走失情况的发生。