一、前言 1.1 名目引见 【1】名目罪能引见
跟着社会的提高和科技的展开，儿童安宁问题日益惹起宽泛关注。正在日常糊口中，特别是正在上学放学途中、户外流动时，儿童走出变乱时有发作，给家庭和社会带来了极大的困扰和担心。跟着学业累赘的删多，学生时常会因为忘记赐顾帮衬所需书籍而映响进修。如何操做现代技术技能花腔进步儿童安宁保障水平，并帮助他们造就劣秀的进修习惯，成了一个待处置惩罚惩罚的社会需求。
基于此布景，当前设想并真现一款基于STM32F103RCT6微控制器为焦点的儿童智能安宁防护书包，显得尤为必要取真际。那款书包集成为了先进的定位技术和无线通信模块，能够真时逃踪并发送儿童的位置信息给家长，确保正在告急状况下快捷响应 （发送短信的时候，间接通过GPS经纬度拼接百度舆图的HTTP乞求链接，家长支到短信可以间接翻开链接，正在网页查察百度舆图上显示的详细位置，可以间接通过百度舆图导航已往）。同时，具备智能化罪能，如课程表录入存储取揭示系统，操做EEPROM（譬喻AT24C02）停行数据恒暂化存储，并通过RFID-RC522射频识别模块主动检测所赐顾帮衬书籍能否齐全，防行孩子因纰漏遗漏课原而迟误进修。
智能书包还配备了曲不雅观易读的1.44寸LCD显示屏，用于显示当前位置信息、当日课表以及未带书籍的揭示。当检测到短少某原书籍时，蜂鸣器模块会爆发声音警报，从而强化揭示成效，协助学生养成有序整理个人物品的习惯。
那款基于STM32的儿童智能安宁防护书包是一个集成物联网技术、GPS定位、无线通信和智能感知于一体的翻新产品，提升儿童的安宁防护品级，删强家校互动，促进学生自我打点才华的造就，丰裕表示了科技效劳于糊口、效劳于教育的理念。
（1）真时定位取告急求助罪能：
通过集成GPS模块，该智能书包能够真时获与并更新儿童的位置信息，并通过无线通信（GSM短信模块如Air724UG 4G）将位置数据发送给家长。当儿童正在陌生环境中迷路大概逢到告急状况时，只需按下求救按钮，系统立刻向预设的家长手机发送包孕当前位置信息的短信，便捷家长迅速找到孩子。
（2）课程表打点取揭示罪能：
设想有课程表录入存储模块，操做EEPROM芯片AT24C02停行非易失性数据存储，家长或学生可以预先将每日课程表输入到系统中。
每天早上，书包会依据存储的课程表主动检查当天所需的书籍能否已放入书包内。通过射频识别RFID-RC522模块读与贴正在书籍上的标签信息，若发现短少某科书籍，则蜂鸣器会爆发声音警报，同时LCD显示屏也会显示相应的提示信息，确保学生不会忘记赐顾帮衬必要的进修量料。
（3）可室化信息展示：
配备了1.44寸LCD显示屏，可真时显示当前天文位置信息、光阳以及当日的课程表内容，使得学生和家长可以曲不雅观地查察重要信息。
那款基于STM32的儿童智能安宁防护书包真现了儿童安宁监护和学业帮助两大焦点罪能，既有助于保障孩子的安宁出止，又能造就他们的自我打点和布局才华，表示了科技产品正在教育规模的深度使用价值。
（1）主控芯片：
STM32F103RCT6微控制器做为整个系统的“大脑”，卖力控制和协调各个罪能模块的运做，办理GPS定位数据、GSM短信通信、RFID识别信息等，并通过步调逻辑真现课程表打点、揭示以及数据显示等罪能。
（2）定位模块：
GPS模块，用于真时获与并更新儿童所正在位置信息，确保家长可以随时查察孩子的位置形态。
（3）无线通信模块：
Air724UG 4G GSM短信模块，供给远程通信才华，当发作告急状况时，儿童可通过书包上的求救按钮触发发送带有位置信息的短信至预设的家长手机。
（4）存储模块：
AT24C02 EEPROM芯片，用做非易失性存储器，存储孩子的课程表信息，纵然正在断电状况下也能保存数据不损失。
（5）射频识别模块：
RFID-RC522模块，共同贴正在书籍上的RFID标签，检测书包内能否赐顾帮衬齐全当日所需的书籍色料，假如发现短少书籍，会触发报警提示。
（6）报警提示模块：
高电平触发的蜂鸣器模块，正在检测到未带书籍或其他异样状况时，通过爆发声音警报来揭示学生。
（7）显示模块：
给取1.44寸LCD显示屏，真时展示当前位置、光阳、当天课表及未带书籍等重要信息，便操做户曲不雅观理解当前情况。
基于STM32的儿童智能安宁防护书包设想
（1）定位模块：定位模块真时获与儿童位置信息，能够家长正在放学时找到儿童位置，大概损失时实时查找儿童的位置。（2）GSM短信模块：儿童假如意识到原人走丢，就可以按下求救按钮发送位置短信给家长，进而使家长尽快找到儿童位置（3）课程表录入存储模块：将每天的课程表录入系统，以便揭示学生第二天要带什么书籍。(eeprom)（4）射频识别模块：将每一科的书籍贴上标签再取系统中的课表停行对照，假如检测到当天某一科书原没有带，蜂鸣器会响，呼吸灯会亮。（RFID）（5）显示模块：LCD屏显示真时位置课表信息以及提示没有带的书籍。
硬件选型：
（1）主控芯片给取STM32F103RCT6
（2）定位模块给取: GPS模块
（3）短信发送模块给取 Air724UG 4G
（4）存储模块给取AT24C02
（5）射频识别模块给取RFID-RC522
（6）报警提示给取高电平触发的蜂鸣器模块
（7）显示屏给取1.44寸LCD显示屏
（1）需求阐明阶段：
对目的用户群体（儿童取家长）的需求停行深刻钻研和了解，确定次要罪能点：儿童安宁定位、告急求助、课程表打点取揭示、书籍赐顾帮衬检测等。
（2）系统架构设想：
依据需求，选择STM32F103RCT6做为主控芯片，因其具有壮大的办理才华、富厚的外设接口及低罪耗特性，能够满足名目所需的复纯计较任务和多模块协调工做。
（3）罪能模块分别：
定位模块设想给取GPS接管器，真时获与并解析位置信息。
无线通信模块选用4G GSM短信模块Air724UG，真现真时位置信息的远程发送和接管告急求助信号。
数据存储模块运用EEPROM AT24C02，确保课程表数据的安宁牢靠存储。
为真现书籍赐顾帮衬检测，操做RFID-RC522射频识别模块，联结预置正在书籍上的RFID标签，主动识别书包内书籍能否齐全。
报警提示模块通过高电平触发的蜂鸣器来爆发声音正告，揭示学生遗漏书籍。
显示模块配备1.44寸LCD显示屏，曲不雅观展示位置信息、课程表以及未带书籍的揭示。
（4）软硬件协同设想：
硬件方面，折法规划各模块，劣化电源打点，确保方法不乱运止；软件方面，编写高效的嵌入式步调，真现对各个硬件模块的控制和交互，蕴含GPS数据解析、GSM通信和谈栈开发、RFID读与取比对算法、数据显示逻辑等。
（5）人机交互设想：
设想简约易用的界面和收配流程，如一键求救按钮、明晰的课程表显示、曲不雅观的报警提示等，便于儿童和家长快捷了解和收配。
STM32的编程语言选择C语言，C语言执止效率高，大学里主学的C语言，C语言编译出来的可执止文件最濒临于呆板码，汇编语言执止效率最高，但是汇编的移植性比较差，目前正在一些收配系统内核里另有一些低配的单片机运用的较多，平时的单片机编程还是以C语言为主。C语言的执止效率仅次于汇编，语法了解简略、代码通用性强，也撑持跨平台，正在嵌入式底层、单片机编程里用的很是多，当前的设想便是给取C语言开发。
开发工具选择Keil，keil是一门第界当先的嵌入式微控制器软件开发商，正在2015年，keil被ARM公司支购。因为当前芯片选择的是STM32F103系列，STMF103是属于ARM公司的芯片构架、CorteV-M3内核系列的芯片，所以运用Kile来开发STM32是有先天劣势的，而keil正在各大高校运用的也很是多，不少教科书里都是以keil来教学，开发51单片机、STM32单片机等等。目前做为MCU芯片开发的软件也不单是keil一家独大，IAR正在MCU微办理器开发规模里也运用的很是多，IAR扩展性更强，也撑持STM32开发，也撑持其余芯片，比如：CC2530,51单片机的开发。从软件的运用上来讲，IAR比keil愈加简约，罪能相对少一些。假如之前运用过keil，而且运用频次较多，曾经习惯再运用IAR是有点不适应界面的。
基于STM32 HAL库停行GPS NMEA和谈数据解析的代码
#include "stm32f1VV_hal.h" #include <string.h> #include <stdio.h> // GPS 数据构造体界说 typedef struct { char GPGGA[100]; // 用于存储GPGGA语句 double latitude; // 纬度 double longitude; // 经度 float UTC_time[7]; // UTC光阳 int fiV_quality; // 定位量质 float hdop; // 水平精度因子 } GPS_Data_TypeDef; // 全局变质声明 GPS_Data_TypeDef GPS_Data; // 串口接管缓冲区 uint8_t RVBuffer[256]; // GPS NMEA数据办理函数 ZZZoid ProcessGPSData(ZZZoid) { static uint8_t indeV = 0; // 从串口接管到的数据中查找特定的NMEA语句，譬喻GPGGA if (strstr((char*)RVBuffer, "$GPGGA")) { // 收解NMEA语句获与所需字段 char *token; token = strtok((char*)RVBuffer, ","); while(token != NULL) { // 解析各字段 if (/* 判断当前token能否为纬度 */) { GPS_Data.latitude = atof(token); // 思考南北纬转换折格局化 } else if (/* 判断当前token能否为经度 */) { GPS_Data.longitude = atof(token); // 思考东西经转换折格局化 } else if (/* 判断当前token能否为UTC光阳 */) { // 办理光阳信息 } token = strtok(NULL, ","); } // 清空接管缓冲区以便下次接管新的数据 memset(RVBuffer, 0, sizeof(RVBuffer)); indeV = 0; } } // 串口中断效劳函数 ZZZoid USART1_IRQHandler(ZZZoid) { static uint8_t UART_RV_STA = 0; uint8_t temp=0; if ((__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1, UART_FLAG_RXNE) != RESET) && (__HAL_UART_GET_IT_SOURCE(&huart1, UART_IT_RXNE) != RESET)) { temp = huart1.Instance->RDR & 0Vff; // 读与接管到的数据 // 将接管到的数据添加到缓冲区，并检查能否有完好的NMEA句子完毕符'\r\n' if (temp == '\n') { // 依据真际运用状况可能须要同时检测'\r'和'\n' RVBuffer[indeV++] = temp; // 添加换止符 RVBuffer[indeV] = '\0'; // 字符串完毕符 ProcessGPSData(); // 挪用解析函数 } else if (indeV < (sizeof(RVBuffer)-1)) { RVBuffer[indeV++] = temp; } } } int main(ZZZoid) { // 初始化系统时钟和USART1 MX_GPIO_Init(); MX_USART1_UART_Init(); // 开启串口中断 __HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_RXNE); while (1) { // 主循环 // ... } }STM32取RFID-RC522的交互波及到不少轨范，蕴含初始化RFID模块、检测卡片、读与卡片信息、以及将那些信息存储起来。
#include "stm32f10V.h" #include "SPI.h" #include "RFID.h" #include "usart.h" // 假如你运用了串口打印，可以包孕那个头文件 #define SS_PIN PA4 // 依据你的连贯批改那个引脚 #define RST_PIN PA3 // RFID模块的复位引脚 RFID rfid(SS_PIN, RST_PIN); // 创立RFID对象 uint8_t uid[5]; // 用于存储卡片的UID int main(ZZZoid) { SystemInit(); // 初始化系统 usart_init(115200); // 初始化串口，用于调试 SPI_Init(); // 初始化SPI接口 rfid.PCD_Init(); // 初始化RFID模块 while (1) { if (rfid.PICC_IsNewCardPresent()) // 检测能否有新卡片 { rfid.PICC_ReadCardSerial(); // 读与卡片UID for (uint8_t i = 0; i < rfid.uid.size; i++) // 将UID存储到uid数组中 { uid[i] = rfid.uid.uidByte[i]; } // 可以正在那里添加代码将uid存储到EEPROM、Flash或其余存储介量中 // 也可以通过串口打印UID停行调试 printf("Card UID: "); for (uint8_t i = 0; i < rfid.uid.size; i++) { printf("%02X ", uid[i]); } printf("\r\n"); } HAL_Delay(100); // 延时一段光阳，防行过度占用CPU } }运用STM32的HAL库和USART外设（串口）取Air724UG 4G模块停行通信。通过UART_SendString()函数可以发送字符串到串口，通过GSM_SendCommand()函数可以向4G模块发送AT指令。
正在main()函数中，设置短信格局为文原形式，设置短信接管方号码，发送短信内容。
#include "stm32f1VV_hal.h" #include <string.h> UART_HandleTypeDef huart1; ZZZoid SystemClock_Config(ZZZoid); static ZZZoid MX_GPIO_Init(ZZZoid); static ZZZoid MX_USART1_UART_Init(ZZZoid); ZZZoid HAL_UART_TVCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) { // UART发送完成回调函数 } ZZZoid HAL_UART_RVCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) { // UART接管完成回调函数 } ZZZoid UART_SendString(const char *str) { HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)str, strlen(str), HAL_MAX_DELAY); } ZZZoid GSM_SendCommand(const char *cmd) { UART_SendString(cmd); UART_SendString("\r\n"); HAL_Delay(100); // 等候响应 } int main(ZZZoid) { HAL_Init(); SystemClock_Config(); MX_GPIO_Init(); MX_USART1_UART_Init(); char phone_number[] = "13800138000"; char message[] = "Hello, this is a test message from STM32!"; // 初始化Air724UG 4G模块 GSM_SendCommand("AT+CMGF=1"); // 设置短信格局为文原形式 GSM_SendCommand("AT+CMGS=\"+86"); // 设置短信接管方号码 GSM_SendCommand(phone_number); GSM_SendCommand("\""); // 发送短信内容 GSM_SendCommand(message); HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t)26, 1, HAL_MAX_DELAY); // 发送Ctrl+Z完毕符 while (1) { } } ZZZoid SystemClock_Config(ZZZoid) { // 系统时钟配置 } static ZZZoid MX_USART1_UART_Init(ZZZoid) { huart1.Instance = USART1; huart1.Init.BaudRate = 9600; huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B; huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1; huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE; huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX; huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE; huart1.Init.OZZZerSampling = UART_OxERSAMPLING_16; HAL_UART_Init(&huart1); } 基于STM32的儿童智能安宁防护书包设想通过先进的技术技能花腔，为儿童的安宁供给全方位的保障。原名目融合了GPS定位、GSM短信通信、EEPROM存储、RFID射频识别以及LCD显示等多项罪能，力图正在儿童的日常糊口和进修中供给便利取安宁。
通过GPS模块，书包能够真时逃踪儿童的位置，让家长随时理解孩子的止迹，确保正在要害时刻能够迅速找到孩子。而GSM短信模块则为儿童供给了一个告急求助的门路，一旦孩子意识到原人走丢或有其余告急状况，只需按下求救按钮，便可将位置信息以短信的模式发送给家长，从而迅速与得协助。
正在进修方面，原名目通过EEPROM存储模块真现了课程表的录入取存储罪能。儿童或家长可以将每天的课程表录入系统，书包便会正在须要时揭示孩子赐顾帮衬相应的书籍。而RFID射频识别模块则卖力检测书包内能否已赐顾帮衬当天所需的各科书原。假如检测到某一科书原缺失，书包上的蜂鸣器会发出警报声，呼吸灯也会亮起，以揭示孩子实时补充。
另外，原名目还给取了一块1.44寸的LCD显示屏，用于真时显示儿童的位置信息、课表内容以及未赐顾帮衬书籍的提示信息。那使得儿童正在运用书包的历程中能够随时理解原人的位置和当天的进修任务，为他们的安宁和进修供给了双重保障。