基于GPS和LBS定位的儿童追踪系统设计

钟娇娇　范祥祥　叶永兴　陈钊庆

摘 要：针对儿童被拐和丢失问题，文中设计了一套基于GPS和LBS定位的儿童追踪系统。该系统包括定位装置、云端服务器、手机客户端三个部分。通过获取和分析定位装置的位置、速度、电量、摘除等信息判定儿童活动是否存在异常，如果有异常情况，系统将主动向手机端发送报警短信。该追踪系统一定程度上能够为儿童提供安全保障。

关键词：GPS定位;LBS定位;手机APP;追踪系统;云端服务器;短信报警

中图分类号：TP277;TN99文献标识码：A文章编号：2095-1302（2020）04-00-03

0 引 言

目前儿童被拐和失踪的情况时有发生，而儿童一旦被拐找回的概率微乎其微，最主要的问题是无法得知孩子的位置以及去向。但随着物联网技术和大规模集成电路的发展，设计一款针对儿童防拐、防丢失的追踪系统在技术上实现已成为可能。

本文提出一套针对儿童被拐和丢失问题的解决方案，该方案利用GPS（卫星定位）和LBS（基站定位）双重定位的方式采集儿童的实时位置，并通过云端服务器将儿童的位置发送到家长手机上以此来降低儿童丢失风险的方案。该方案通过检测实时速度、位置、电量以及是否被摘除等信息判断异常，并通过云服务器通知家长。家长也可以通过APP查看孩子的位置、设置速度阈值、设置电子围栏（活动区域）和一键规划最短的搜救路径，为孩子提供最佳安全保障。

1 系统结构

由于用户手机不可能一直在线，且用户手机和定位端的距离一般相对较远。为解决这些问题，定位装置使用GPRS连接云服务器，使云服务器作为中继器，用作定位端信息接收、处理和保存，并判断有无异常，从而通知手机端用户。系统总体架构如图1所示。

定位装置通过GPRS网络接入云端服务器，手机端通过3G/4G通信网接入云端服务器。工作过程：定位装置将采集到的信息发送到云服务器，云服务器对其进行解析、处理、保存并判断有无异常，若有异常就通过短信通知手机端。手机端APP从服务器中读取定位端的信息，并显示到手机电子地图上，同时手机也可以设置电子围栏和速度阈值等信息发送到服务器，服务器将以此为依据对定位装置的异常信息进行判断。

2 硬件电路设计

系统硬件电路如图2所示，定位装置硬件电路的整体设计主要从系统的稳定性、可靠性、高效性、实用性、简洁性等方面来考虑。本文采用STC12C5A60S2单片机作为主控芯片。该芯片兼容传统8051指令代码，但速度比8051快8～

12倍，且价格低廉，符合本文的需求。

为使定位端满足低功耗、体积小的需求，本系统中GPRS通信、GPS定位、LBS定位、电池电量信息的获取均通过安信可A9G模块实现。该模块还集成了完整的TCP/IP协议栈，其中，GPRS数据业务最大下载速率和上传速率分别为85.6 Kb/s和42.8 Kb/s，符合本文在通信速率上的要求。利用该模块的LBS定位功能可以使定位端在没有GPS信号的地方利用基站定位，从而增强该装置的定位功能。

防摘除装置使用一个接插件，如图2中器件P1所示，一端连接单片机引脚，另一端连接电源负极，当接插件断开时单片机检测不到低电平，即装置被摘除。

3 软件设计

3.1 定位装置

定位装置工作流程如图3所示。初始化A9G模块并连接服务器，如果服务器连接失败就重新连接，直到连接成功。服务器连接成功之后，主控芯片开始读取各个部分的信息。

（1）读取GPS定位信息中的$GPRMC字段信息，该字段包括定位是否成功、定位模块所在经纬度以及速度信息。

（2）读取模块LBS定位信息，该信息只包括模块定位的经度和纬度。

（3）读取接收插件信息，即模块是否被摘除。

（4）读取模块的电量信息。

（5）将采集到的信息发送到服务器。

最后程序回到最初，重新对服务器连接状态进行判断，并不断重复以上步骤，读取和发送信息。

3.2 云服务器

云服务器主要功能为信息的接收、处理、保存和判断定位端是否异常，并向手机端发送报警短信。在本系统中使用NodeJS编写服务器程序，并建立TCP服务器供手机APP和定位端连接。

云服务器具体流程如图4所示，服务器初始化之后建立TCP服务器，并建立3个监听线程，分别为连接建立监听、连接断开监听、接收信息监听。

连接建立监听只对手机APP连接做处理，当手机APP连接时，将数据库中存储的定位端的信息下发到手机APP。

连接断开监听只对定位端的连接断开做处理，当定位端斷开连接时，向手机APP发送报警短信，提醒用户服务器无法追踪到定位端。

信息接收监听分别对定位端发来的消息和APP发来的消息做处理。当收到定位端的消息后，先将信息进行存储，然后对数据解析和处理，并判断是否有异常信息。如果存在异常，服务器就发送报警短信到手机客户端。如果是手机APP发送过来的信息，先判断是否为修改电子围栏指令和修改速度阈值指令，如果是就将要修改的值保存到服务器，然后在判断是否为读取定位端数据指令，如果是，就将服务器保存的定位端的数据发送到手机APP。

3.3 手机端

手机APP可以在电子地图上显示用户手机本身的位置和定位端的位置，可以设置定位端的电子围栏和速度阈值，以及一键规划到定位端的最短路径，其工作流程如图5所示。

具体流程为，当APP启动后连接服务器，之后创建6个监听线程。

第一个线程监听普通按钮是否按下。当普通按钮按下时切换地图到普通界面，即只显示用户和定位端的位置。如图6（a）所示，1为用户手机的位置，2为定位端的位置。

第二个线程用来监听用户是否设置电子围栏指令。当用户按下围栏按钮后地图切换到围栏模式，用户可以拖动围栏的中心和围栏的边界，用来确定电子围栏的位置和范围。当用户再次按下围栏按钮时，将会向服务器发送电子围栏的信息，如图6（b）所示。

第三个线程用来监听速度阈值设置按钮。当用户按下速度按钮，弹出速度设置对话框。用户可以输入设置的速度，按下确认键向服务器发送速度阈值信息，并关闭对话框，如图6（c）所示。

第四個线程用来监听路径规划按钮是否按下。当按下路径规划按钮时，系统自动调用高德地图API进行路径规划，并显示到地图上，如图6（d）所示。

第五个线程和第六个线程配合使用，第六个线程每3 s向服务器查询一次定位端的信息。当服务器下发信息时，由第五个线程接收处理，并将定位端的信息显示到地图上。

4 结 语

本文介绍了一套通过GPS和LBS定位的儿童追踪系统，该系统主要由定位端、服务器和手机端组成。以服务器作为传输中继，手机APP可以随时登录服务器查看定位端的状态，还可以设置电子围栏、速度阈值等信息。即使手机APP没有登录服务器，服务器也可以自主判断定位端的状态是否发生异常，如果发生异常可自主向用户手机发送报警短信，为防止孩子丢失提供最大限度保障。

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作者简介：钟娇娇（1997—），女，本科。

范祥祥（1989—），男，博士，讲师，研究方向为传感器技术。