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作者：滨州学院 张征亮
指导教师：吴殿红

　　作品简介　　

 　　开发背景：
　　由于贩卖婴幼儿的犯罪行为日益猖獗，给很多家庭带了沉重的打击，出于保护家庭中婴幼儿的目的设计实现了本套系统，本系统可以供个人用户和机构用户使用。
　　功能及使用：
　　个人用户版本，可以实时监测监护人(父母等)和被监护人(婴幼儿)的距离信息，如果距离超过20米监护人端将收到报警信息，以确保在最短的时间内让监护人意识到被监护人超过其安全范围，并尽快做出反应，以防止婴幼儿被人口贩子拐走，或因为自己粗心大意走失。如果监护人在收到提醒后，不能找到被监护人，可以通过访问本系统的web端管理系统，查看被监护人的地理信息和近期动向，配合有关部门更快的寻找到被监护人。本系统同样适用于患有老年痴呆症的老人，贵重物品的看管等。
　　机构用户版本，本系统适用于幼儿园，敬老院，监狱，或者企业贵重物品仓库，适用本系统的Web管理端，可以实现多被监护人的同时监测，如果有被监护人超出一定范围，web管理端将给出相应的警报，并显示超出范围的被监护人信息。这样可以有效避免人员走失或者其他意外情况。
　　结构说明：
　　本系统共分成三部分。
　　第一部分，子端，即被监护人端，此部分由被监护人使用，负责将被监护人的实时地理信息发送给web服务器，这样监护人可以在web管理端随时观察到被监护人的位置。子端还负责和母端(监护人端)简历连接，当超过一定距离的时候子端将向母端发送警报。
　　第二部分，母端，即监护人端，此部分由监护人使用，负责在近距离内检测与子端的距离和上传监护人的定位信息，如果超出一定距离子端将给母端发送报警(打电话实现)。母端使用android手机实现。
　　第三部分，Web管理端，此部分实现监护人实时监控被监护的定位信息，如果监护人无法寻找到被监护人可以使用web管理端查看被监护人的实时位置和近期的行动路线。

　　平台选型说明

　　子端，主控芯片使用STC15F2K61S2单片机，由于本系统需要调用GPS模块的地理信息并且需要GSM模块的电话和GPRS功能，正好配合STC15F2K61S2单片机有两个独立串口的功能。可以实现双串口的并行通信，各自不干扰。除了GPS模块和GSM模块，本系统还配备了蓝牙模块，用来实现近距离检测。
　　母端，使用Android平台的手机，编写相应程序实现。
　　Web服务器端，后台动态语言使用php实现，数据库系统使用mysql实现，前台使用标准HTML+CSS实现。

　　设计说明

　　设计原理：
　　本系统可用于个人用户和机构用户。
　　个人用户版，总系统分成三部分，子端、母端和Web管理端，子端和母端首先通过蓝牙连接，如果子端和母端的距离超过蓝牙的有效距离那么子端将通过调用GSM模块给母端打电话，提醒母端子端已经超出起安全距离并尽快做出相应的措施。子系统配备了GPS模块，可是实时将子端的地理信息通过GSM模块以GPRS的方式给Web服务器发送。这样如果母端的监护人未能寻找到被监护人，可以使用本系统的Web管理端，查看其所监护的人的实时地理信息和近期的行动路线。
　　每个监护人和被监护人，我们的系统将统一给定唯一的ID编号，监护人可以通过这个唯一的ID编号，登陆系统的Web管理端，出于安全性考虑，监护人的登陆密码由监护人自行设定，Web管理端不明文记录任何用户的敏感信息。
　　母端，随时将自己的地理信息发送给Web服务器，当服务器检测到母端与子端的距离超过一定范围将向监护人发送警告信息。
　　Web服务器端，web端的前台管理界面使用地图系统实时显示监护人和被监护人的地理信息，如果超出一定范围将作出系统。Web端后台系统使用动态语言调用数据库数据。
　　数据库中保存有监护人和被监护人的所有地理信息。供监护人随时调用。
　　实现方案：　　

 　　总方案如上图所示，系统实时计算子端和母端的距离，如果子母端距离超过限定的安全距离那么将各自发出发出警报给母端，如果母端没有做出相应的反应，系统将一直进行报警， 如果母端，即监护人不能寻找到被监护人那么可以通过使用本系统提供的Web管理端查看子端，即被监护人的实时地理信息，出于以上的思想，我们首先想到的是使用GPS进行定位。
　　GPS卫星的数目较多， GPS测量只要求测站上空开阔，不要求测站之间互相通视，因而不再需要建造觇标。这一优点既可大大减少测量工作的经费和时间(一般造标费用约占总经费的30%～50%)，同时也使选点工作变得非常灵活，也可省去经典测量中的传算点、过渡点的测量工作。
　　但是GPS定位有一个致命的缺点，那就是在屋子里面基本上没有GPS信号，像大型商场，地下停车场等被建筑物覆盖的地方GPS根本无法使用，所以我们设计使用蓝牙来作为近距离的检测。
　　蓝牙，除了设备费用外，不需要为使用 Bluetooth 技术再支付任何费用。现在随便一部手机上面都配备了蓝牙模块，这样就方便了手段和本系统进行连接，编写相应的手机端程序即可实现母端，这样就是本系统的价格成本下降下来。由于蓝牙的设计距离只有10米，所以只适合在短距离使用，现在蓝牙的标准已经把距离提高到空旷地40米左右，这样如果子母端在人员比较多，的地方安全距离可以保持在20米左右，当超过20米母端的监护人也可以迅速做出反应。
　　子端和母端首先通过蓝牙连接，母子端将各自随时监测两者的距离，如果两者的距离超过一定范围那么母子机将都做出反应，以提醒监护人，被监护人已经超出了其安全范围，以此来避免有系统两端有一端失效。
　　接下来需要实现实时地给远程web服务器发送获取到的地理信息，所以我们使用了华为GTM900B GSM模块来实现远程数据发送，此GSM模块内嵌了TCP/IP协议，弥补了51系列单片(包括本大赛指定的单片机)没有TCP/IP协议栈的缺憾，通过单片调用标准的AT指令可以实现TCP/IP协议向web服务器发送数据。
　　为了随时监测监护人和被监护人的地理位置，所以母端的监护人也需要随时上传其地理信息，所以使用Android手机作为母端将在合适不过，编写相应的Android手机应用将可以随时将监护人的地理信息发送到服务器上面。同时Android手机一般都有蓝牙模块，可以实现近距离的链接子端被监护人。
　　监护人可以登陆本系统的web管理端，查看被监护人的实时地理信息和近期路线。Web服务器端使用PHP+Mysql编写，前台用户界面使用标准HTML+CSS实现。这样通用性更强。
　　子端原理及实现：
　　子端的原理图如下所示　　

 　　中间部分的是本系统的主控芯片，即大赛指定的STC15F2K61S2单片机，将GPS模块与P1.0引脚相连接，P1.0为单片机的独立串口2的Rxd引脚，这样GPS可以将定位信息传送给单片机串口2，由于GPS传送的定位信息是NMEA 0183协议(美国国家海洋电子协会(National Marine Electronics Association )为海用电子设备制定的标准格式)的标准信息，需要使用单片机将标准格式转换成我们通用的信息形式，然后存储在一个变量里面。GPS模块使用3.7V直流供电，可以在单片机上面串联一个电阻来实现供电。
　　单片机获取到这个定位信息以后，然后通过GSM模块调用TCP/IP协议下的GPRS给web服务器发送远程数据。GSM模块使用华为GTM900B模块，此模块提供了Txd、Rxd两个引脚，连接在P3.0、P3.1上面(P3.0串口1的Rxd，P3.1串口1的Txt)，这样单片机可以通过串口1给GSM模块发送标准的AT指令来驱动模块用以发送数据，拨打监护人电话，GSM模块同样会返回相应的状态信息，通过Txt返回给单片机，单片机可以通过GSM模块返回的数据判断是否发送成功。GSM模块的供电为3.7V，通过串联电阻，可以实现单片机给GSM供电。
　　蓝牙模块，蓝牙模块实现短距离检测，由于母端和子端无需进行数据通讯，所以只要给蓝牙模块供电即可，考虑到母端和子端不需要进行数据通讯，所以没有把蓝牙的数据引脚连接在单片机上面，并且单片机只有两个并行串口，再使用蓝牙数据，那么必须多一个串口，或者使用串口分时复用技术，这样整个软件将变复杂，因为系统在实现GPS和GSM模块的时候已经在并行使用单片机两个独立的串口，再使用串口复用技术，程序稳定性太差。所以仅仅给蓝牙模块供电就可以，蓝牙模块使用+5V，可以直接将其和单片机相连接。
　　母端原理及实现：　　

 　　母端，使用Android手机实现，现在Android手机已经相对比较普遍，价格也比较适中，编写相应的程序，可以实时向Web服务器发送地理信息，并方便的和子端进行连接。
　　Android的编写原理，使用SDK提供的Bluetooth类，首先搜索子端的蓝牙名称，如果名称对应，那么自动进行连接。连接以后Android手机将一直监听这个蓝牙，如果蓝牙的状态发生改变，检测这个状态是否为断开连接，那么通过SDK调用android手机的响铃功能，来提供监护人。
　　定位信息的上传，SDK提供的相应的Location类，来实现定位功能，可以直接调用方法来获取到lat和lng两个参数，即纬度和经度，这样再通过新建URLConnection类，去连接服务器的URL，通过调用打开方法，可以以GET方式把lat，lng的两个参数发送给服务器。
　　母端的实现主要是基于android sdk，参照sdk的解释，和java编程可以方便的实现其功能。
　　Web管理端：
　　Web管理端，需要实现从子端和母端接收地理信息，将子母端的地理信息进行处理和存储，并且要将子母的地理信息实时显示在地图上面，地图系统我们使用Google Maps系统，定位准确，操作简单，为了实时获取到用户信息，所以必须使用动态语言来实现。动态语言我们选用php，配合mysql数据库，实现数据存储和处理。
　　子母端的数据最终都写入到mysql数据库中各自的数据表里。
　　Web管理端的前台，使用HTML+CSS+JAVASCRIPT编写而成，通过javascript每5秒钟调用一次mysql数据库中的数据。
　　总过程如下：
　　1.调用监护人最新的地理信息。
　　2.调用被监护人的最新地理信息。
　　3.将被监护热的地理信息实时的显示在Google Maps的插件上面。
　　4.通过调用Google Maps 提供的方法，获取两个地点的距离。
　　5.如果两点距离超过一定距离，那么将在网页上出现提示信息。
　　6.并且系统继续每隔5秒钟检测一次最新的监护人和被监护人的地理位置。

　　作品特色

　　本系统模块化高，耦合性抵，操作简便，监护人可以通过任何一部Android手机来和本系统进行连接，可通过Web浏览器登录web管理端查看被监护的行动路线。
　　使用GPS信号和蓝牙信号作为距离的监测信号，蓝牙信号实现短距离检测和无GPS信号时的距离检测，这样可以避免在商场，停车场等GPS无法覆盖的地区距离检测，有别于其他价格高昂的GPS定位系统系统。
　　整合多种技术，适于商品化，Web管理端可以方便的实现机构用户进行多被监护人的统一管理。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2385