宠物定位电子项圈
——硬件部分
宠物定位电子项圈——硬件部分
摘
着济快速发展移动物联网技术迅速飞跃宠物市场蓬勃兴起移动宠物设备需求越越移动穿戴设备目前保证需求满足少宠物针性产品市面设备数GPS者北斗卫星导航系统设计GPS模块WIFI模块辅进行定位满足室外定位需求满足户便捷性
文设计款宠物定位项圈室通宠物定位项圈家庭WIFI连接果宠物脱离家庭WIFI连接会通GSM系统动发送报警信息宠物前纬度信息户手机室外定位方面GPS定位模块保证定位精度报警机制生效时定时发送宠物定位信息户户通纬度app查询宠物点室者卫星定位较弱区通开启手机热点宠物定位项圈WIFI模块进行连接开启蜂鸣器LED灯闪烁保证信号较弱者室楼层信号复杂区宠物寻找
关键词：ARMGPS北斗GSM
Pet locator electronic collar the hardware part
Abstract
With the rapid development of economy the rapid leap of mobile Internet of things technology the booming of the pet market people＇s demand for mobile pet devices is also increasingAt present mobile wearable devices only guarantee to meet the needs of people and there are few targeted products for petsMost of the devices on the market use GPS or beidou navigation satellite system This design USES GPS module as the main WIFI module for positioning which not only meets the needs of indoor and outdoor positioning but also meets the convenience of users
This paper designs a pet positioning collarIn the house the pet locates the connection between the collar and the family WIFI If the pet is disconnected from the connection of the family WIFI the alarm information and the current longitude and latitude information of the pet will be automatically sent to the user＇s mobile phone through the GSM systemIn terms of outdoor positioning it is used as a GPS positioning module to ensure the positioning accuracy When the alarm mechanism is effective the pet positioning information is sent to the user on a regular basis The user can query the location of the pet through the longitude and latitude appIn indoor areas or areas with weak satellite positioning the WIFI module of the pet positioning collar can be connected by turning on the mobile phone hotspot turning on the buzzer and the LED light flashing to ensure that pets are found in areas with weak signal or complex indoor multifloor signal
Keywords ARMGPSGSMBeiDou Navigation Satellite SystemGSM
目 录
1绪 1
11宠物定位项圈背景意义 1
12国外穿戴设备发展历史现状 1
13宠物定位项圈市场分析 2
14设计解决问题 3
2宠物定位项圈设计 3
21基GPS宠物定位项圈设计 3
22宠物定位项圈设计方案分析 3
23宠物定位项圈应技术分析 4
231 室外定位 4
2311 卫星定位 4
23111 卫星定位概念 4
23112 卫星定位原理 5
2312 基站定位 5
23121 基站概念 5
23122基站定位原理 5
232室定位 5
2321 WIFI定位 6
2322蓝牙定位 6
2323 RFID定位 6
2324 红外定位 6
2325超声波定位 6
2326超宽带(UWB)定位 7
24 宠物定位项圈方案选择 7
241卫星定位优缺点 7
242什选择GPS定位 8
3硬件设计 10
31 系统组成结构 10
32 单片机模块电路设计 11
33 GPS模块简介电路设计 12
34 GSM模块电路设计 17
35 LCD1602液晶显示模块电路设计 18
36键电路（含拉电阻）设计 19
37 WIFI模块电路设计 20
4结 21
参考文献 24
谢辞 25
附录 26
1绪
11宠物定位项圈背景意义
前物联网环境通定位器制作成适合家庭宠物项圈保证实性影响猫狗日常活动着济快速发展部分白天时间基外班没家中顾宠物稍慎宠物丢失特密集居住区环境较复杂宠物身走丢处环境适应容易躲藏黑暗偏僻角落中类环境中方便寻找宠物加宠物天性动家中容易通门窗走失外现部分遛狗牵绳喜欢养动中型犬者型犬犬类相较难控制时候刚拐角找踪迹原导致养宠家庭宠物定位项圈需求
年学校里发现越越流浪宠物流浪宠物产生原概两点：遗弃二利造成宠物遗失遗弃方面通宠物救济站解决次文针利造成宠物遗失进行讨解决宠物定位项圈效监控宠物位置宠物运动轨迹通APP展示出防止宠物丢失宠物丢失视野时候较方便进行寻找时项圈适动物园型动物通项圈动物进行编号监测动物运动轨迹解运动状态放生野外动物佩戴宠物项圈方便理员进行野生动物定位数统计调查
12国外穿戴设备发展历史现状
般眼镜手环手表种穿戴身便携式智联网设备称穿戴设备设备具备基础计算连接终端功着技术发展穿戴设备早期电子表种纯硬件设备具备联网功具备联网功意味着通程序终端进行数交换实现前没功2012年谷歌眼镜第次亮相众面前未生活带限想象空间穿戴设备进入快速增长期谷歌眼镜面世第二年厂商开始进谷歌眼镜陆续推出种类型智穿戴设备试水智穿戴设备市场式样智穿戴设备中智手环作较适合携带相谷歌眼镜说技术含量没种类型整智穿戴设备中占较2014年年产品设计生产试水期整智手环市场销量开始暴涨华Talk Band B1微软手环索尼SWR30米手环三星Activity Tracker等均表现良然智手环品牌众呈百花齐放局势身没取突破性进展仅仅原功进行升级改良智手环局势开始逐渐细分市场力图年龄段需求间达细分加智手环价格千元路降十元接收程度提高宠物定位项圈作智穿戴设备目标群众转移养宠群中满足养宠物宠物丢失担忧
13宠物定位项圈市场分析
伴着中国济发展中国宠物市场九九零年开始正式起步前零星宠物交易购买宠物途般解决问题购买狗进行家护院购买猫捕捉老鼠时候购买宠物品种行改革开放十年九九零年生活水较前稳步提升部分先富起根马洛斯需求层次理满足物质需求需满足精神需求养宠物满足精神需求办法富裕说普通宠物猫狗满足需求品种猫狗行需求市场中国宠物市场基础开始起步进入二十世界前十年中国宠物市场缓慢起步根源时济发展水够中国宠物市场达真正高速发展期二零零年开始图中出中国宠物市场规模二零零年起爆炸式发展百四十亿元均年百分二十九速度增长二零九年市场规模达两千亿见养宠群极广泛
图11 宠物行业市场分析图
图见广阔市场中宠物交易仅仅占百分二占头项宠物增值服务中宠物品占百分十八证明购买宠物品接受度购买力较高宠物定位项圈种产品应该宠物品购买需求中单宠物市场活体交易头宠物猫宠物犬两种宠物属较动宠物运动量需求高走失数量做宠物二零九年国城镇区宠物犬数量已达5503万宠物猫数量4412万正庞城镇家庭宠物保量居住高楼林立复杂环境宠物旦丢失难寻找
图12 资投资宠物行业分析图
14设计解决问题
定位精度定位距离宠物项圈便携性超设定范围动报警
2宠物定位项圈设计
21基GPS宠物定位项圈设计
设计介绍基单片机宠物定位项圈设计实现控制系统STM32核心芯片外围电路含液晶显示器LCD1602GPSGSM电路键LED灯电路组成通LCD模块够实时时间定位纬度显示出系统通GSM模块直接发送定位信息指定手机户
22宠物定位项圈设计方案分析
宠物定位项圈设计首先应该满足定位精度果定位精度太差产品意义没世界定位技术早子午仪卫星定位系统现美国GPS全球定位系统国研发建设北斗卫星导航系统根三点定位法通信发展引申出基站定位蓝牙定位WIFI定位等等室外定位方法加现流行UWB超宽带定位RFID射频识定位通理引申出超声波定位红外定位移动互联网发展推出手机惯性传感器定位LED灯光定位等等定位方式优势缺点适合场景设计方案做较流行定位技术进行分析寻找出适合宠物定位项圈场景技术
23宠物定位项圈应技术分析
定位技术般分室定位室外定位应原理样般说室外定位表现较技术室定位时表现太反然
231 室外定位
室外定位相关技术太般GPS定位者基站定位前集成电路技术较差常通讯终端手机集成GPS定位模块时手机没开始智化般途电话发短信手机定位需求高定位基站定位误差较耐受度高智手机发展移动互联网兴起手机集成度高功程序导航定位成手机需求没定位功行定位精度误差太行需定位精度太高够现智手机集成GPS模块相应定位技术基站定位转变GPS定位基站定位辅定位模式
2311 卫星定位
23111 卫星定位概念
GPS定位系统全球定位系统第全球范围定位系统全球卫星导航定位称GPS定位早卫星定位系统子午仪导航系统GPS定位系统基础发展系统建设缘1957年前苏联发射第造卫星美国踪运动轨迹意中造卫星发射信号接收时会出现普勒转移效应（普勒转移效应：卫星离面信号站距离越卫星面信号站收信号频率越高卫星离面信号站距离越远相应信号频率越低）正通现象美国科学家认识果知道卫星运行轨迹前提利现象定位面信号站位置美国开启子午仪卫星导航系统建设子午仪卫星导航系统3颗卫星组网运行子午仪系统缺陷十分明显定位远离陆孤岛型面设施两区域间进行测距误差较子午仪卫星定位系统验美国政府决定进行升级改造推出GPS全球定位系统建设计划GPS全球定位系统发射21颗卫星升空组成导航星座采600轨道模式保证全球范围意点全天候24时保证6颗卫星够观测
卫星定位系统结构异分三部分第部分空间部分卫星轨道组成星座第二部分检测站控制站组成面信号检测站点第三部分户部分户部分继承卫星定位模块终端手机等
23112 卫星定位原理
卫星定位原理利三颗已知卫星运行轨道观测面信号接收终端获卫星面接收终端距离通三点定位原理出三卫星接收终端方程组解出接收终端三维坐标（XYZ）卫星太空中受球引力相接收终端四分三卫星时钟面时钟间步会误差着卫星轨道移动时离球时离球远误差时间相需第四颗卫星引入方程组时四方程组进行求解接收终端纬度高程着技术发展现增加差分GPS技术面增加差分台利已知差分台精准坐标接收终端观测值进行消卫星钟差流层气层信号影响等误差通样技术GPS定位精度100米提高5米
2312 基站定位
23121 基站概念
基站日常见铁塔移动标志设备4G基站较安装住宅区顶层着灯罩实4G基站天线基站线电台定信号覆盖范围通通信交换中心信号覆盖范围移动终端间互相信息收取信息发送
23122基站定位原理
通讯终端插入sim卡开机GSM模块会动搜索区域基站连接动连接基站中选取信号强度基站建立连接终端位置发生异动时相应基站信号强度会发生改变根三点确定圆心定理终端附搜索少3基站时搜索基站作基点基点间距离作半径半径互相画圆画出圆交点通讯终端位置
232室定位
室定位技术发展态势猛烈国家济发展导致城市化进程加快生活工作娱乐处环境前较空旷点转变现复杂室环境高楼厦中GPS定位种室环境中表现佳室定位导航需求相应蓝牙定位WIFI定位等定位技术着济发展浪潮出现技术优缺点明显
2321 WIFI定位
WIFI路器唯MAC址硬件标识号常理说路器安装位置长时间会变动通讯终端开启WIFI时动搜索附WIFI获取WIFImac信息时通讯终端WIFI路器MAC址传专门位置服务器中服务器记录WIFI路器具体位置位置服务器收WIFI路器MAC址通服务器数库进行检索通WIFI信号强度通位置算法计算出位置位置数发送通讯终端
2322蓝牙定位
蓝牙定位通信号场强值（RSSI）利三点定位原理进行定位蓝牙定位分两种方式第种终端侧定位第二种网络侧定位终端侧定位带蓝牙模块终端蓝牙信标iBeacon组成先区域铺设蓝牙网关蓝牙信标蓝牙道标断外界发送数包广播信号蓝牙设备进入信号覆盖区域中设备动搜索接受蓝牙信标信号开始测量蓝牙设备接收蓝牙信标RSSI值计算值设备定位算法测出蓝牙设备位置网络侧定位样需蓝牙设备进入铺设蓝牙道标信号区域设备进信号区域蓝牙设备动搜索感应蓝牙道标广播信号然蓝牙道标信号场强值通WIFI传输台服务器中通服务器定位算法计算出蓝牙设备位置
2323 RFID定位
RFID定位射频识定位技术现空间铺设标签读写器进入空间时检测读写器标签信号通定位算法确定位置
2324 红外定位
红外定位通红外传感器观测带动发射红外线装置物体通红外传感器感应信号强度进行定位
2325超声波定位
超声波定位方式三种第种定位方式先室铺设电子信标然带测距器机器放置室进行移动机器身测距器会动发射信号电子信标接收测距器发出信号进行处理传输测距器测距器接收信号进行处理时机器电子信标距离位置算法测距器位置做反射式测距法般电子标签放置室位置测距器种通讯终端机器佩戴身第二种射频超声波技术结合定位技术首先装置发射射频信号利射频信号接光速速度激活电子信标激活电子信标开始接受超声波信号第三种超声波定位技术测距器四周安装4超声波传感器传感器附空间分成四样方便超声波传感器探测信号根信号强度定位算法形成位置空间坐标方便计算位置
2326超宽带(UWB)定位
超宽带定位技术面定位技术样需事先铺设信标通高频率电磁波信号计算位置
24 宠物定位项圈方案选择
241卫星定位优缺点
1技术优点
①适应性强环境求非常沙漠山顶孤岛等等
②全球全天候定位现卫星定位系统少21颗卫星太空组网球位置确保实现全球全天候连续导航定位服务雷雨天气气层延迟易产生误差宜外卫星定位确认位置
③提供全球统三维心坐标
④抗干扰力强保密性户卫星定位系统仅需接收卫星发出信号需卫星发射信号保证户信号容易外界干扰
2GPS技术足
①GPS定位系统误差出现根原卫星接收终端间距离计算种情况够精确首先根公式距离时间×速度卫星面发射电磁波电磁波真空中速度快信号太空进入球时真空进入真空气层电磁波速度真空中数学定理样绝会变化面种情况GPS定位系统次测量种气层情况数均计算样出电磁波气层速度便容易出现误差仅信号传输方面会出现误差卫星面信号接收机间分差会出现误差距离公式中速度参数出现误差时间参数出现误差
②没连接互联网情况首次定位时间相漫长长达分钟十分钟GPS冷启动首先GPS卫星载星历信息载速率仅仅50Bitss然搜索足够卫星信号连续收段时间数够准备终端提供位置信息传统GPS设备通病冷启动确认位置秒连续踪位置数
③GPS定位室表现差GPS接收卫星直射信号楼复杂室环境中GPS接收机位置误差定位准般室蓝牙定位者WIFI定位等方式辅助GPS定位
④耗电量需通讯终端GPS模块提供高压供电
242什选择GPS定位
室外GPS定位特性现代科技发展成果GPS定位精度达10m户室外GPS定位般基站定位辅助GPS定位必时高架桥高楼建筑群中GPS信号接收良户手机端定位WIFI定位辅助提高定位精度GPS身发展历史久相关配套设施完善软硬件资源丰富技术较成熟GPS定位芯片集成度高体积便集成穿戴设备中会体积太影响力穿戴设备整体性相体GPS定位技术辅助GPS定位言定位技术适应推广缺点
基站定位优点国家济发展通讯行业进展快速原区基站满足正常电话短信需求信号复杂干扰源流密度者基站覆盖边缘区域通信质量差现通讯基站覆盖全国繁华市圈深山老林基站覆盖基站定位缺点明显通讯终端附基站通讯电塔越定位精度越基站越少定位精度越差繁华城市区方流量济发达相应通讯基站种区基站定位精度达20米200米左右偏远山区里般仅基站覆盖基站距离较远定位误差基站间距离百米甚数公里基站定位速度快受环境影响仅仅需插入SIM终端设备周围需少3基站基站定位相GPS定位GPS定位仅室良天气中表现佳基站定位基站间距离500米起步导致般情况定位精度GPS基站定位辅助GPS定位果5G技术国量铺开话5G技术特性5G基站相4G3G2G基站间隔距离更短500米200米300米间隔范围基站定位精度相应会提高基站定位原理者定位技术简单原理点确定圆心通讯终端附基站够基站覆盖距离圆心越基站定位精度越高
蓝牙定位通连接蓝牙信标进行定位技术根结底蓝牙定位RFID定位WIFI定位种定位数传输方式已种定先铺设信标次终端接收信标信标通信号强度测位置蓝牙定位技术优点实现蓝牙定位简单仅需铺设蓝牙信标进行连接蓝牙定位基站定位样受空间影响蓝牙模块现制作工艺提升非常容易集成穿戴设备中蓝牙定位信标身深度睡眠功率低免连接协议简单非常省电然蓝牙定位优点太价格贵高定位精度达05米般说蓝牙缺点明显普通定位需求高蓝牙信标国够普果户需室蓝牙定位需户费室铺设蓝牙道标次蓝牙定位复杂空间环境尤室环境中现智设备发展手智设备增家庭中发出信号设备蓝牙定位影响加蓝牙模块身稳定性太行抗干扰力差文设计宠物定位项圈蓝牙定位需求
WIFI定位前较流行定位方式现网络发展基家户WIFI高楼商业区栋楼WIFIWIFI已成生活部分WIFI定位技术项相应较成熟技术已许方面开始应常高德图导航时果户手机网络较差会建议开启WIFI功提高定位精度般提高百分20百分30定位精度WIFI定位优点已中城市普开相蓝牙定位说需专门铺设设备定位户通讯终端开启WIFI移动数网络成数源WIFI定位技术空旷环境覆盖范围达200米动更新数便扩展已普WIFI成非常低WIFI定位技术非常吃环境技术受环境影响非常精度低APPLE公司提高WIFI定位精度专门收购家做WIFI定位WIFI指纹收集公司IPHONE户WIFI芯片动收集手机附WIFI AP（APWIFI热点硬件标识码）IPHONE台系统信息传APPLE服务器APPLE公司估算WIFI AP物理位置室环境中接收基站信号GPS信号通开启WIFI功获定位果APPLE公司通讯终端寻找家通记录海量WIFI AP址公司提供WIFI定位服务较享受功WIFI定位缺点身存严重频段干扰问题样24G频段WIFI系统会影响范围24G频段WIFI系统
RFID定位技术现更应物流等行业项技术作距离较短长十米毫秒厘米级定位精度信息传输范围标志物体积成低RFID射频识技术现难点理传播模型建立国际标准缺失户安全隐私法保证加表示身没通信力方便整合系统中做精准定位铺设相关定位设备难度需较工程实践验
红外定位技术优势定位象身携带果RFID定位标签蓝牙定位蓝牙模块WIFI定位WIFI模块仅仅需铺设量红外发射器接收器达高精度定位红外定位优势红外定位劣势红外定位般高等级安保中银行金库等
超宽带定位技术技术特点信号带宽纳秒级通信号传输时间进行定位产生误差厘米级已带宽宽发射功率低容易受信号会通讯信号产生干扰带宽宽决定信号复杂环境距离分辨力定位精度特高复杂室环境甚蓝牙定位WIFI定位等定位精度高百倍发射功率低带宽宽样供电两种工作时间相定位装置低信号范围广
超声波定位优势定位精度特高甚达厘米级程度定位缺点更明显定位范围超声波发射程中衰减特明显特
综合技术优缺点文设计宠物定位项圈室外采GPS定位基站定位辅助室通连接WIFI避免GPS室定位误差问题室通定位否连接WIFI确认宠物没离开房间跑室外室外复杂环境中利户手机WIFI热点定位项圈连接控制定位项圈蜂鸣器LED灯寻找丢失宠物效率提高
3硬件设计
31 系统组成结构
图31 系统结构图
该定位系统组成微控制器（STM32F103C8T6）卫星信号接收模块（NEO6M）移动通讯模块GSM（SIM800A）LCD显示模块组成卫星信号接收模块接收NEMA1083数包发送控制芯片控制芯片接收数包通解码程序数包解码数传递移动通信模块GSMGSM模块位置信息通短信发送户户通纬度定位器app查询宠物位置宠物离开家庭WIFI区域时通程序判宠物前位置否常位置动报警发短信户手机户寻找宠物位置时开启WIFI定位项圈搜索户手机热点进行连接通手机程序启动蜂鸣器led灯显示屏闪烁方便寻找宠物见走失宠物时通显示屏显示宠物电话送宠物
32 单片机模块电路设计
意法半导体公司生产STM32系列基ARM7架构32位微控制器系列控制器具备丰富接口功进行扩展ARM新先进架构CortexM3核具备优良实时性功耗控制集成整合度高便开发产品采STM32F103C8T6款微控制器512K FLASH64K RAM板载WIFI工作电压5v100pinEEPROM型号AT24C02容量256字节仅需少量存储空间脚应需更存储空间脚应款较全面微控制器扩展选项
图32 STM32单片机核心板接口原理图
图33 STM32单片机核心板实物图
33 GPS模块简介电路设计
NEO6M GPS模块采UBLOX模组方案通串口者USB通单片机PC输出GPS定位信息模块功耗低灵敏度高较便集成集成五十UBLOX引擎百万效相关器首次定位热启动者辅助启动条件时间秒
模块参数
基功：三维位置定位测速授时
水位置定位精度：仅GPS信号时：25米
附加差分增强系统：2米
测速精度：01ms
航角精度：05°
接收器类型：50通道行接收GPS L1波段CA码
广域差分增强系统：WAASEGNOSMSAS
第次定位时间：冷启动：29s
温启动：27s
热启动：1s
辅助启动： <3s
串口：预留TTL电标准串口支持335v电标准系统通讯
USB接口：Mini USB接口
支持智化径检测抑制
支持AssisNow OnlineAssistNow Offline
图34 GPS模块接口电路原理图
图35 GPS模块实物图
二NEMA0183协议帧说明：
该协议采ASCII 码帧格式形：aacccdddddd…ddd*hh
<1> ——帧命令起始位
<2> aaccc——址域前两位识符三位语句名
<3> ddd…ddd——数
<4> *——校验前缀
<5> hh——校验（check sum）*间字符ASCII 码校验（字节做异运算校验转换16 进制格式ASCII字符）
<6>——CR（Carriage Return）+ LF（Line Feed）帧结束回车换行
1GGA
GPS 固定数输出语句(Global positioning system fix data)
格式：
GNGGA<1><2><3><4><5><6><7><8><9><10><11><12><13><14>*<15>
例子：GNGGA01284200022537220N113507025E11115448M00M*44
<1> UTC时间格式hhmmsssss
<2> 纬度格式ddmmmmmm（前导位数足补0）
<3> 纬度半球NS（北纬南纬）
<4> 度格式dddmmmmmm（前导位数足补0）
<5> 度半球EW（东西）
<6> 定位质量指示0定位效1标准定位2差分定位6估算
<7> 卫星数量00 12（前导位数足补0）
<8> 水精确度05999
<9> 天线离海面高度99999 99999米
<10> 高度单位M表示单位米
<11> 椭球面相海面高度（9999 99999）
<12> 高度单位M表示单位米
<13> 差分 GPS 数期限（RTCM SC104）设立 RTCM 传送秒数量
<14> 差分参考基站标号 0000 1023（前导位数足补 0）
<15> 校验
2RMC
推荐数量GPS信息(Recommended Minimum Specific GPSTRANSIT Data)
格式：
GNRMC<1><2><3><4><5><6><7><8><9><10><11><12><13>*<14>
例子：GNRMC012841000A22537220N113507025E000000140117A*7B
<1> UTC（Coordinated Universal Time）时间hhmmss（时分秒）格式
<2> 定位状态A效定位V效定位
<3> Latitude纬度ddmmmmmm（度分）格式（前导位数足补0）
<4> 纬度半球 N（北半球） S（南半球）
<5> Longitude度dddmmmmmm（度分）格式（前导位数足补0 ）
<6> 度半球 E（东） W（西）
<7> 面速率（0000~9999节Knot前导位数足补0）
<8> 面航（0000~3599度真北参考基准前导位数足补0）
<9> UTC日期ddmmyy（日月年）格式
<10> Magnetic Variation磁偏角（0000~1800 度前导位数足补0）
<11> Declination磁偏角方E（东） W（西）
<12> Mode Indicator模式指示（仅NMEA0183 300版输出A定位D差分
E估算N数效）
<13> NavStatus导航状态标示符（V表示系统输出导航状态信息）
<14> 校验
3VTG
面速度信息(Course over ground and Ground speed)
格式： GNVTG<1><2><3><4><5><6><7><8><9>*<10>
例子：GNVTG000TM000N000KA*23
<1> 真北参考基准面航
<2> T表示真
<3> 磁北参考基准面航
<4> M表示磁场
<5> 面速率
<6> N表示节
<7> 面速率
<8> K表示千米时
<9> 模式指示（A定位D差分E估算N数效）
<10> 校验
4GLL
定位理信息(Latitude and longitude with time of position fix and status)
格式： GNGLL<1><2><3><4><5><6><7>*<8>
例子：GNGLL22537220N113507025E012842000AA*4D
<1> 纬度 ddmmmmmmm（度分）
<2> 纬度半球 N（北半球） S（南半球）
<3> 度 dddmmmmmmm（度分）
<4> 度半球 E（东） W（西）
<5> UTC 时间：hhmmss（时分秒）
<6> 定位状态A效定位V效定位
<7> 模式指示（A定位D差分E估算N数效）
<8> 校验
5ZDA
前时间信息：(Time and Date)
格式： GNZDA<1><2><3><4><5><6>*<7>
例子：GNZDA012841000140120170000*46
<1> UTC 时间：hhmmss（时分秒格林威治时间）
<2> 日
<3> 月
<4> 年
<5> 区域时（NEO6M 支持00）
<6> 区域分钟（NEO6M 支持00）
<7> 校验
6GSA
GPS 精度指针卫星 (GNSS DOP and Active Satellites)
格式：
XXGSASmodeFS{SVID}PDOPHDOPVDOP*CS
例子：GPGSAA3051302301524221516*35
BDGSAA30103040812221516*2D
<1> 模式 1：定位型式 1未定位2二维定位3三维定位
<2> FS：定位状态标志
<3> {SVID}：定位卫星编号该字段显示12 颗卫星编号12颗时输出前12颗足12颗时足区域补空
<4> PDOP综合位置精度子（05999）
<5> HDOP水精度子（05999）
<6> VDOP垂直精度子（05999）
<7> systemId：NMEA定义GNSS系统ID号
<8> 校验
7GSV
视卫星状态输出语句 (GNSS Satellites in View)
格式：XXGSVNumMsgMsgNoNumSv{SVIDeleazcn0} *CS
例子：GPGSV3109024211849053804147060512839137403941*77
GPGSV3209156824428204532521241518028294727823*72
<1> 总GSV语句电文数
<2> 前GSV语句号
<3> 视卫星总数0012
<4> 卫星编号{SVIDeleazcn0}0132
<5> 信噪（CNo）0099dB表示未接收讯号
<6> 校验
注：条语句包括四颗卫星信息颗卫星信息四数项：卫星编
号卫星仰角卫星方位角信噪
34 GSM模块电路设计
模块SIMCOM公司SIM800A模块模块工作频率98001800MHz采SMT封装通TTLAT命令控制模块提供语音短信GPRS数通信
模块特性
两频9001800MHz
GPRS multislot class 1210
GPRS mobil station class B
基功：语音通话短信广播GPRS网硬件TCPUDP协议支持FTPHTTPSSLDTMF检测
通讯网络：支持移动联通电信2G网络
串口：预留TTL电标准串口支持5V电标准系统通讯
MAX3232转换芯片支持RS232标准串口通信
机均功耗：06mA4A
图36 GSM模块接口电路原理图
图37 GSM模块实物图
35 LCD1602液晶显示模块电路设计
设计采LCD1602液晶显示模块显示屏行行显示八字符显示两行LCD1602模块体积功耗低显示容丰富相般LED数码说优势明显
序号
指令
RS
RW
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
1
清显示
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
2
光标返回
0
0
0
0
0
0
0
0
1
*
3
置输入模式
0
0
0
0
0
0
0
1
ID
S
4
显示开关控制
0
0
0
0
0
0
1
D
C
B
5
光标字符移位
0
0
0
0
0
1
SC
RL
*
*
6
置功
0
0
0
0
1
DL
N
F
*
*
7
置字符发生存贮器址
0
0
0
1
字符发生存贮器址
8
置数存贮器址
0
0
1
显示数存贮器址
9
读忙标志址
0
1
BF
计数器址
10
写数CGRADDRAM）
1
0
写数容
11
CGRAMDDRAM读数
1
1
读出数容
表31 控制命令表
图38 LCD1602液晶显示电路原理图
图39 LCD1602液晶实物图
36键电路（含拉电阻）设计
系统中键作系统输入起机交互枢纽作键单片机控制引脚默认高电键单片机相关引脚变成低电进实现系统手动输入电路原理图图示电路中电阻作拉电阻保证键信号稳定输出
图310 键电路原理图
37 WIFI模块电路设计
WIFI模块ESP8266芯片款芯片片处理力强存储空间集成度高GPIO口集成种设备开发运行中占低系统资源
AT指令集简介：
1 AT+RST
功：重启模块
2AT+CWMODE
功：mode1 Station模式（接收模式）mode2：AP模式（发送模式）mode3：AP+Station模式
4结
图41 实物测试效果图
图42 测试效果图
测试程中发现定位存定偏差属预期范围余功（发送短信手电筒屏幕显示）皆正常运行实际生产中该系统进行改进实现功进行较准确定位时价格合理操作简单占空间符合市场需求
系统设计程中运技术：
（1） STM32F103系列单片机系统设计开发
（2） AD原理图PCB板设计
（3） 数字模拟电路设计
（4） GPS定位系统设计
（5） GSM系统设计
（6） 焊接技术
参考文献
[1]中国宠物行业市场前瞻投资战略规划分析报告[D]前瞻产业研究院2019
[2]GPS卫星导航定位原理方法[M]刘基余北京：科学出版社2003
[4]全球定位系统原理应[M]刘基余李征航北京：测绘出版社1993
[5]GPS导航原理应[M]王惠南北京：科学出版社2003
[6]新编单片机原理应[M]潘永雄西安：西安电子科技学出版社2003
[7]单片机原理应[M]张鹏成：电子科技学出版社20048
[8]微型计算机原理接口技术课程设计指导[M]贾金玲重庆：重庆学出版社20011206
[9]物联网终端宠物定位器解决方案实践研究[D]杨锋南京邮电学2018
[10]基嵌入式操作系统物联网节点技术研究[D]李石峰西安电子科技学2018
[11]传感器应手册[D]孙宝元杨宝清北京
[12]基GPRS嵌入式计算机远程监控系统研究[J]蔚承英陈勇刚杨利等安防科技 2016 2(12)1820
[13]新型集成电路指南典型应[M]杨振江蔡德芳西安：西安电子科技学出版社199810
谢辞
篇文黄相杰老师悉心指导完成非常感谢黄老师文选题时题目提出深刻见解收获良帮助确定文研究方少走弯路文撰写程修改中提出许建议终完成毕业设计
文目标设计宠物定位项圈硬件部分硬件设计阶段先网搜索关定位技术相关信息发现定位技术知识真门类颇浩烟海刚开始寻找资料时候感觉找方头苍蝇样处乱撞导师交流指导慢慢找研究方资料分析解种定位技术间优缺点通总结终定设计方案
进入硬件设计阶段时设计电路够熟悉仿真时总出问题深入学找出错误原终解决问题设计整硬件系统测试成功
然宠物定位项圈存足方设计程中学知识增强动手力提高解决问题力更明白学实践相结合道理
老师专家繁忙工作余评审篇文表示衷感谢位毕业设计中帮助学表示感谢文指导老师黄老师表示感谢
附录
图1 STM32单片机核心板部原理图
图2 GPS模块电路原理图图
图3 GSM模块电路原理图
图4 WIFI模块原理图
图5 实物图正面
图6 实物图反面
图7 宠物定位项圈原理图
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宠物定位电子项圈
——硬件部分
宠物定位电子项圈——硬件部分
摘
着济快速发展移动物联网技术迅速飞跃宠物市场蓬勃兴起移动宠物设备需求越越移动穿戴设备目前保证需求满足少宠物针性产品市面设备数GPS者北斗卫星导航系统设计GPS模块WIFI模块辅进行定位满足室外定位需求满足户便捷性
文设计款宠物定位项圈室通宠物定位项圈家庭WIFI连接果宠物脱离家庭WIFI连接会通GSM系统动发送报警信息宠物前纬度信息户手机室外定位方面GPS定位模块保证定位精度报警机制生效时定时发送宠物定位信息户户通纬度app查询宠物点室者卫星定位较弱区通开启手机热点宠物定位项圈WIFI模块进行连接开启蜂鸣器LED灯闪烁保证信号较弱者室楼层信号复杂区宠物寻找
关键词：ARMGPS北斗GSM
Pet locator electronic collar the hardware part
Abstract
With the rapid development of economy the rapid leap of mobile Internet of things technology the booming of the pet market people＇s demand for mobile pet devices is also increasingAt present mobile wearable devices only guarantee to meet the needs of people and there are few targeted products for petsMost of the devices on the market use GPS or beidou navigation satellite system This design USES GPS module as the main WIFI module for positioning which not only meets the needs of indoor and outdoor positioning but also meets the convenience of users
This paper designs a pet positioning collarIn the house the pet locates the connection between the collar and the family WIFI If the pet is disconnected from the connection of the family WIFI the alarm information and the current longitude and latitude information of the pet will be automatically sent to the user＇s mobile phone through the GSM systemIn terms of outdoor positioning it is used as a GPS positioning module to ensure the positioning accuracy When the alarm mechanism is effective the pet positioning information is sent to the user on a regular basis The user can query the location of the pet through the longitude and latitude appIn indoor areas or areas with weak satellite positioning the WIFI module of the pet positioning collar can be connected by turning on the mobile phone hotspot turning on the buzzer and the LED light flashing to ensure that pets are found in areas with weak signal or complex indoor multifloor signal
Keywords ARMGPSGSMBeiDou Navigation Satellite SystemGSM
目 录
1绪 1
11宠物定位项圈背景意义 1
12国外穿戴设备发展历史现状 1
13宠物定位项圈市场分析 2
14设计解决问题 3
2宠物定位项圈设计 3
21基GPS宠物定位项圈设计 3
22宠物定位项圈设计方案分析 3
23宠物定位项圈应技术分析 4
231 室外定位 4
2311 卫星定位 4
23111 卫星定位概念 4
23112 卫星定位原理 5
2312 基站定位 5
23121 基站概念 5
23122基站定位原理 5
232室定位 5
2321 WIFI定位 6
2322蓝牙定位 6
2323 RFID定位 6
2324 红外定位 6
2325超声波定位 6
2326超宽带(UWB)定位 7
24 宠物定位项圈方案选择 7
241卫星定位优缺点 7
242什选择GPS定位 8
3硬件设计 10
31 系统组成结构 10
32 单片机模块电路设计 11
33 GPS模块简介电路设计 12
34 GSM模块电路设计 17
35 LCD1602液晶显示模块电路设计 18
36键电路（含拉电阻）设计 19
37 WIFI模块电路设计 20
4结 21
参考文献 24
谢辞 25
附录 26
1绪
11宠物定位项圈背景意义
前物联网环境通定位器制作成适合家庭宠物项圈保证实性影响猫狗日常活动着济快速发展部分白天时间基外班没家中顾宠物稍慎宠物丢失特密集居住区环境较复杂宠物身走丢处环境适应容易躲藏黑暗偏僻角落中类环境中方便寻找宠物加宠物天性动家中容易通门窗走失外现部分遛狗牵绳喜欢养动中型犬者型犬犬类相较难控制时候刚拐角找踪迹原导致养宠家庭宠物定位项圈需求
年学校里发现越越流浪宠物流浪宠物产生原概两点：遗弃二利造成宠物遗失遗弃方面通宠物救济站解决次文针利造成宠物遗失进行讨解决宠物定位项圈效监控宠物位置宠物运动轨迹通APP展示出防止宠物丢失宠物丢失视野时候较方便进行寻找时项圈适动物园型动物通项圈动物进行编号监测动物运动轨迹解运动状态放生野外动物佩戴宠物项圈方便理员进行野生动物定位数统计调查
12国外穿戴设备发展历史现状
般眼镜手环手表种穿戴身便携式智联网设备称穿戴设备设备具备基础计算连接终端功着技术发展穿戴设备早期电子表种纯硬件设备具备联网功具备联网功意味着通程序终端进行数交换实现前没功2012年谷歌眼镜第次亮相众面前未生活带限想象空间穿戴设备进入快速增长期谷歌眼镜面世第二年厂商开始进谷歌眼镜陆续推出种类型智穿戴设备试水智穿戴设备市场式样智穿戴设备中智手环作较适合携带相谷歌眼镜说技术含量没种类型整智穿戴设备中占较2014年年产品设计生产试水期整智手环市场销量开始暴涨华Talk Band B1微软手环索尼SWR30米手环三星Activity Tracker等均表现良然智手环品牌众呈百花齐放局势身没取突破性进展仅仅原功进行升级改良智手环局势开始逐渐细分市场力图年龄段需求间达细分加智手环价格千元路降十元接收程度提高宠物定位项圈作智穿戴设备目标群众转移养宠群中满足养宠物宠物丢失担忧
13宠物定位项圈市场分析
伴着中国济发展中国宠物市场九九零年开始正式起步前零星宠物交易购买宠物途般解决问题购买狗进行家护院购买猫捕捉老鼠时候购买宠物品种行改革开放十年九九零年生活水较前稳步提升部分先富起根马洛斯需求层次理满足物质需求需满足精神需求养宠物满足精神需求办法富裕说普通宠物猫狗满足需求品种猫狗行需求市场中国宠物市场基础开始起步进入二十世界前十年中国宠物市场缓慢起步根源时济发展水够中国宠物市场达真正高速发展期二零零年开始图中出中国宠物市场规模二零零年起爆炸式发展百四十亿元均年百分二十九速度增长二零九年市场规模达两千亿见养宠群极广泛
图11 宠物行业市场分析图
图见广阔市场中宠物交易仅仅占百分二占头项宠物增值服务中宠物品占百分十八证明购买宠物品接受度购买力较高宠物定位项圈种产品应该宠物品购买需求中单宠物市场活体交易头宠物猫宠物犬两种宠物属较动宠物运动量需求高走失数量做宠物二零九年国城镇区宠物犬数量已达5503万宠物猫数量4412万正庞城镇家庭宠物保量居住高楼林立复杂环境宠物旦丢失难寻找
图12 资投资宠物行业分析图
14设计解决问题
定位精度定位距离宠物项圈便携性超设定范围动报警
2宠物定位项圈设计
21基GPS宠物定位项圈设计
设计介绍基单片机宠物定位项圈设计实现控制系统STM32核心芯片外围电路含液晶显示器LCD1602GPSGSM电路键LED灯电路组成通LCD模块够实时时间定位纬度显示出系统通GSM模块直接发送定位信息指定手机户
22宠物定位项圈设计方案分析
宠物定位项圈设计首先应该满足定位精度果定位精度太差产品意义没世界定位技术早子午仪卫星定位系统现美国GPS全球定位系统国研发建设北斗卫星导航系统根三点定位法通信发展引申出基站定位蓝牙定位WIFI定位等等室外定位方法加现流行UWB超宽带定位RFID射频识定位通理引申出超声波定位红外定位移动互联网发展推出手机惯性传感器定位LED灯光定位等等定位方式优势缺点适合场景设计方案做较流行定位技术进行分析寻找出适合宠物定位项圈场景技术
23宠物定位项圈应技术分析
定位技术般分室定位室外定位应原理样般说室外定位表现较技术室定位时表现太反然
231 室外定位
室外定位相关技术太般GPS定位者基站定位前集成电路技术较差常通讯终端手机集成GPS定位模块时手机没开始智化般途电话发短信手机定位需求高定位基站定位误差较耐受度高智手机发展移动互联网兴起手机集成度高功程序导航定位成手机需求没定位功行定位精度误差太行需定位精度太高够现智手机集成GPS模块相应定位技术基站定位转变GPS定位基站定位辅定位模式
2311 卫星定位
23111 卫星定位概念
GPS定位系统全球定位系统第全球范围定位系统全球卫星导航定位称GPS定位早卫星定位系统子午仪导航系统GPS定位系统基础发展系统建设缘1957年前苏联发射第造卫星美国踪运动轨迹意中造卫星发射信号接收时会出现普勒转移效应（普勒转移效应：卫星离面信号站距离越卫星面信号站收信号频率越高卫星离面信号站距离越远相应信号频率越低）正通现象美国科学家认识果知道卫星运行轨迹前提利现象定位面信号站位置美国开启子午仪卫星导航系统建设子午仪卫星导航系统3颗卫星组网运行子午仪系统缺陷十分明显定位远离陆孤岛型面设施两区域间进行测距误差较子午仪卫星定位系统验美国政府决定进行升级改造推出GPS全球定位系统建设计划GPS全球定位系统发射21颗卫星升空组成导航星座采600轨道模式保证全球范围意点全天候24时保证6颗卫星够观测
卫星定位系统结构异分三部分第部分空间部分卫星轨道组成星座第二部分检测站控制站组成面信号检测站点第三部分户部分户部分继承卫星定位模块终端手机等
23112 卫星定位原理
卫星定位原理利三颗已知卫星运行轨道观测面信号接收终端获卫星面接收终端距离通三点定位原理出三卫星接收终端方程组解出接收终端三维坐标（XYZ）卫星太空中受球引力相接收终端四分三卫星时钟面时钟间步会误差着卫星轨道移动时离球时离球远误差时间相需第四颗卫星引入方程组时四方程组进行求解接收终端纬度高程着技术发展现增加差分GPS技术面增加差分台利已知差分台精准坐标接收终端观测值进行消卫星钟差流层气层信号影响等误差通样技术GPS定位精度100米提高5米
2312 基站定位
23121 基站概念
基站日常见铁塔移动标志设备4G基站较安装住宅区顶层着灯罩实4G基站天线基站线电台定信号覆盖范围通通信交换中心信号覆盖范围移动终端间互相信息收取信息发送
23122基站定位原理
通讯终端插入sim卡开机GSM模块会动搜索区域基站连接动连接基站中选取信号强度基站建立连接终端位置发生异动时相应基站信号强度会发生改变根三点确定圆心定理终端附搜索少3基站时搜索基站作基点基点间距离作半径半径互相画圆画出圆交点通讯终端位置
232室定位
室定位技术发展态势猛烈国家济发展导致城市化进程加快生活工作娱乐处环境前较空旷点转变现复杂室环境高楼厦中GPS定位种室环境中表现佳室定位导航需求相应蓝牙定位WIFI定位等定位技术着济发展浪潮出现技术优缺点明显
2321 WIFI定位
WIFI路器唯MAC址硬件标识号常理说路器安装位置长时间会变动通讯终端开启WIFI时动搜索附WIFI获取WIFImac信息时通讯终端WIFI路器MAC址传专门位置服务器中服务器记录WIFI路器具体位置位置服务器收WIFI路器MAC址通服务器数库进行检索通WIFI信号强度通位置算法计算出位置位置数发送通讯终端
2322蓝牙定位
蓝牙定位通信号场强值（RSSI）利三点定位原理进行定位蓝牙定位分两种方式第种终端侧定位第二种网络侧定位终端侧定位带蓝牙模块终端蓝牙信标iBeacon组成先区域铺设蓝牙网关蓝牙信标蓝牙道标断外界发送数包广播信号蓝牙设备进入信号覆盖区域中设备动搜索接受蓝牙信标信号开始测量蓝牙设备接收蓝牙信标RSSI值计算值设备定位算法测出蓝牙设备位置网络侧定位样需蓝牙设备进入铺设蓝牙道标信号区域设备进信号区域蓝牙设备动搜索感应蓝牙道标广播信号然蓝牙道标信号场强值通WIFI传输台服务器中通服务器定位算法计算出蓝牙设备位置
2323 RFID定位
RFID定位射频识定位技术现空间铺设标签读写器进入空间时检测读写器标签信号通定位算法确定位置
2324 红外定位
红外定位通红外传感器观测带动发射红外线装置物体通红外传感器感应信号强度进行定位
2325超声波定位
超声波定位方式三种第种定位方式先室铺设电子信标然带测距器机器放置室进行移动机器身测距器会动发射信号电子信标接收测距器发出信号进行处理传输测距器测距器接收信号进行处理时机器电子信标距离位置算法测距器位置做反射式测距法般电子标签放置室位置测距器种通讯终端机器佩戴身第二种射频超声波技术结合定位技术首先装置发射射频信号利射频信号接光速速度激活电子信标激活电子信标开始接受超声波信号第三种超声波定位技术测距器四周安装4超声波传感器传感器附空间分成四样方便超声波传感器探测信号根信号强度定位算法形成位置空间坐标方便计算位置
2326超宽带(UWB)定位
超宽带定位技术面定位技术样需事先铺设信标通高频率电磁波信号计算位置
24 宠物定位项圈方案选择
241卫星定位优缺点
1技术优点
①适应性强环境求非常沙漠山顶孤岛等等
②全球全天候定位现卫星定位系统少21颗卫星太空组网球位置确保实现全球全天候连续导航定位服务雷雨天气气层延迟易产生误差宜外卫星定位确认位置
③提供全球统三维心坐标
④抗干扰力强保密性户卫星定位系统仅需接收卫星发出信号需卫星发射信号保证户信号容易外界干扰
2GPS技术足
①GPS定位系统误差出现根原卫星接收终端间距离计算种情况够精确首先根公式距离时间×速度卫星面发射电磁波电磁波真空中速度快信号太空进入球时真空进入真空气层电磁波速度真空中数学定理样绝会变化面种情况GPS定位系统次测量种气层情况数均计算样出电磁波气层速度便容易出现误差仅信号传输方面会出现误差卫星面信号接收机间分差会出现误差距离公式中速度参数出现误差时间参数出现误差
②没连接互联网情况首次定位时间相漫长长达分钟十分钟GPS冷启动首先GPS卫星载星历信息载速率仅仅50Bitss然搜索足够卫星信号连续收段时间数够准备终端提供位置信息传统GPS设备通病冷启动确认位置秒连续踪位置数
③GPS定位室表现差GPS接收卫星直射信号楼复杂室环境中GPS接收机位置误差定位准般室蓝牙定位者WIFI定位等方式辅助GPS定位
④耗电量需通讯终端GPS模块提供高压供电
242什选择GPS定位
室外GPS定位特性现代科技发展成果GPS定位精度达10m户室外GPS定位般基站定位辅助GPS定位必时高架桥高楼建筑群中GPS信号接收良户手机端定位WIFI定位辅助提高定位精度GPS身发展历史久相关配套设施完善软硬件资源丰富技术较成熟GPS定位芯片集成度高体积便集成穿戴设备中会体积太影响力穿戴设备整体性相体GPS定位技术辅助GPS定位言定位技术适应推广缺点
基站定位优点国家济发展通讯行业进展快速原区基站满足正常电话短信需求信号复杂干扰源流密度者基站覆盖边缘区域通信质量差现通讯基站覆盖全国繁华市圈深山老林基站覆盖基站定位缺点明显通讯终端附基站通讯电塔越定位精度越基站越少定位精度越差繁华城市区方流量济发达相应通讯基站种区基站定位精度达20米200米左右偏远山区里般仅基站覆盖基站距离较远定位误差基站间距离百米甚数公里基站定位速度快受环境影响仅仅需插入SIM终端设备周围需少3基站基站定位相GPS定位GPS定位仅室良天气中表现佳基站定位基站间距离500米起步导致般情况定位精度GPS基站定位辅助GPS定位果5G技术国量铺开话5G技术特性5G基站相4G3G2G基站间隔距离更短500米200米300米间隔范围基站定位精度相应会提高基站定位原理者定位技术简单原理点确定圆心通讯终端附基站够基站覆盖距离圆心越基站定位精度越高
蓝牙定位通连接蓝牙信标进行定位技术根结底蓝牙定位RFID定位WIFI定位种定位数传输方式已种定先铺设信标次终端接收信标信标通信号强度测位置蓝牙定位技术优点实现蓝牙定位简单仅需铺设蓝牙信标进行连接蓝牙定位基站定位样受空间影响蓝牙模块现制作工艺提升非常容易集成穿戴设备中蓝牙定位信标身深度睡眠功率低免连接协议简单非常省电然蓝牙定位优点太价格贵高定位精度达05米般说蓝牙缺点明显普通定位需求高蓝牙信标国够普果户需室蓝牙定位需户费室铺设蓝牙道标次蓝牙定位复杂空间环境尤室环境中现智设备发展手智设备增家庭中发出信号设备蓝牙定位影响加蓝牙模块身稳定性太行抗干扰力差文设计宠物定位项圈蓝牙定位需求
WIFI定位前较流行定位方式现网络发展基家户WIFI高楼商业区栋楼WIFIWIFI已成生活部分WIFI定位技术项相应较成熟技术已许方面开始应常高德图导航时果户手机网络较差会建议开启WIFI功提高定位精度般提高百分20百分30定位精度WIFI定位优点已中城市普开相蓝牙定位说需专门铺设设备定位户通讯终端开启WIFI移动数网络成数源WIFI定位技术空旷环境覆盖范围达200米动更新数便扩展已普WIFI成非常低WIFI定位技术非常吃环境技术受环境影响非常精度低APPLE公司提高WIFI定位精度专门收购家做WIFI定位WIFI指纹收集公司IPHONE户WIFI芯片动收集手机附WIFI AP（APWIFI热点硬件标识码）IPHONE台系统信息传APPLE服务器APPLE公司估算WIFI AP物理位置室环境中接收基站信号GPS信号通开启WIFI功获定位果APPLE公司通讯终端寻找家通记录海量WIFI AP址公司提供WIFI定位服务较享受功WIFI定位缺点身存严重频段干扰问题样24G频段WIFI系统会影响范围24G频段WIFI系统
RFID定位技术现更应物流等行业项技术作距离较短长十米毫秒厘米级定位精度信息传输范围标志物体积成低RFID射频识技术现难点理传播模型建立国际标准缺失户安全隐私法保证加表示身没通信力方便整合系统中做精准定位铺设相关定位设备难度需较工程实践验
红外定位技术优势定位象身携带果RFID定位标签蓝牙定位蓝牙模块WIFI定位WIFI模块仅仅需铺设量红外发射器接收器达高精度定位红外定位优势红外定位劣势红外定位般高等级安保中银行金库等
超宽带定位技术技术特点信号带宽纳秒级通信号传输时间进行定位产生误差厘米级已带宽宽发射功率低容易受信号会通讯信号产生干扰带宽宽决定信号复杂环境距离分辨力定位精度特高复杂室环境甚蓝牙定位WIFI定位等定位精度高百倍发射功率低带宽宽样供电两种工作时间相定位装置低信号范围广
超声波定位优势定位精度特高甚达厘米级程度定位缺点更明显定位范围超声波发射程中衰减特明显特
综合技术优缺点文设计宠物定位项圈室外采GPS定位基站定位辅助室通连接WIFI避免GPS室定位误差问题室通定位否连接WIFI确认宠物没离开房间跑室外室外复杂环境中利户手机WIFI热点定位项圈连接控制定位项圈蜂鸣器LED灯寻找丢失宠物效率提高
3硬件设计
31 系统组成结构
图31 系统结构图
该定位系统组成微控制器（STM32F103C8T6）卫星信号接收模块（NEO6M）移动通讯模块GSM（SIM800A）LCD显示模块组成卫星信号接收模块接收NEMA1083数包发送控制芯片控制芯片接收数包通解码程序数包解码数传递移动通信模块GSMGSM模块位置信息通短信发送户户通纬度定位器app查询宠物位置宠物离开家庭WIFI区域时通程序判宠物前位置否常位置动报警发短信户手机户寻找宠物位置时开启WIFI定位项圈搜索户手机热点进行连接通手机程序启动蜂鸣器led灯显示屏闪烁方便寻找宠物见走失宠物时通显示屏显示宠物电话送宠物
32 单片机模块电路设计
意法半导体公司生产STM32系列基ARM7架构32位微控制器系列控制器具备丰富接口功进行扩展ARM新先进架构CortexM3核具备优良实时性功耗控制集成整合度高便开发产品采STM32F103C8T6款微控制器512K FLASH64K RAM板载WIFI工作电压5v100pinEEPROM型号AT24C02容量256字节仅需少量存储空间脚应需更存储空间脚应款较全面微控制器扩展选项
图32 STM32单片机核心板接口原理图
图33 STM32单片机核心板实物图
33 GPS模块简介电路设计
NEO6M GPS模块采UBLOX模组方案通串口者USB通单片机PC输出GPS定位信息模块功耗低灵敏度高较便集成集成五十UBLOX引擎百万效相关器首次定位热启动者辅助启动条件时间秒
模块参数
基功：三维位置定位测速授时
水位置定位精度：仅GPS信号时：25米
附加差分增强系统：2米
测速精度：01ms
航角精度：05°
接收器类型：50通道行接收GPS L1波段CA码
广域差分增强系统：WAASEGNOSMSAS
第次定位时间：冷启动：29s
温启动：27s
热启动：1s
辅助启动： <3s
串口：预留TTL电标准串口支持335v电标准系统通讯
USB接口：Mini USB接口
支持智化径检测抑制
支持AssisNow OnlineAssistNow Offline
图34 GPS模块接口电路原理图
图35 GPS模块实物图
二NEMA0183协议帧说明：
该协议采ASCII 码帧格式形：aacccdddddd…ddd*hh
<1> ——帧命令起始位
<2> aaccc——址域前两位识符三位语句名
<3> ddd…ddd——数
<4> *——校验前缀
<5> hh——校验（check sum）*间字符ASCII 码校验（字节做异运算校验转换16 进制格式ASCII字符）
<6>
1GGA
GPS 固定数输出语句(Global positioning system fix data)
格式：
GNGGA<1><2><3><4><5><6><7><8><9><10><11><12><13><14>*<15>
例子：GNGGA01284200022537220N113507025E11115448M00M*44
<1> UTC时间格式hhmmsssss
<2> 纬度格式ddmmmmmm（前导位数足补0）
<3> 纬度半球NS（北纬南纬）
<4> 度格式dddmmmmmm（前导位数足补0）
<5> 度半球EW（东西）
<6> 定位质量指示0定位效1标准定位2差分定位6估算
<7> 卫星数量00 12（前导位数足补0）
<8> 水精确度05999
<9> 天线离海面高度99999 99999米
<10> 高度单位M表示单位米
<11> 椭球面相海面高度（9999 99999）
<12> 高度单位M表示单位米
<13> 差分 GPS 数期限（RTCM SC104）设立 RTCM 传送秒数量
<14> 差分参考基站标号 0000 1023（前导位数足补 0）
<15> 校验
2RMC
推荐数量GPS信息(Recommended Minimum Specific GPSTRANSIT Data)
格式：
GNRMC<1><2><3><4><5><6><7><8><9><10><11><12><13>*<14>
例子：GNRMC012841000A22537220N113507025E000000140117A*7B
<1> UTC（Coordinated Universal Time）时间hhmmss（时分秒）格式
<2> 定位状态A效定位V效定位
<3> Latitude纬度ddmmmmmm（度分）格式（前导位数足补0）
<4> 纬度半球 N（北半球） S（南半球）
<5> Longitude度dddmmmmmm（度分）格式（前导位数足补0 ）
<6> 度半球 E（东） W（西）
<7> 面速率（0000~9999节Knot前导位数足补0）
<8> 面航（0000~3599度真北参考基准前导位数足补0）
<9> UTC日期ddmmyy（日月年）格式
<10> Magnetic Variation磁偏角（0000~1800 度前导位数足补0）
<11> Declination磁偏角方E（东） W（西）
<12> Mode Indicator模式指示（仅NMEA0183 300版输出A定位D差分
E估算N数效）
<13> NavStatus导航状态标示符（V表示系统输出导航状态信息）
<14> 校验
3VTG
面速度信息(Course over ground and Ground speed)
格式： GNVTG<1><2><3><4><5><6><7><8><9>*<10>
例子：GNVTG000TM000N000KA*23
<1> 真北参考基准面航
<2> T表示真
<3> 磁北参考基准面航
<4> M表示磁场
<5> 面速率
<6> N表示节
<7> 面速率
<8> K表示千米时
<9> 模式指示（A定位D差分E估算N数效）
<10> 校验
4GLL
定位理信息(Latitude and longitude with time of position fix and status)
格式： GNGLL<1><2><3><4><5><6><7>*<8>
例子：GNGLL22537220N113507025E012842000AA*4D
<1> 纬度 ddmmmmmmm（度分）
<2> 纬度半球 N（北半球） S（南半球）
<3> 度 dddmmmmmmm（度分）
<4> 度半球 E（东） W（西）
<5> UTC 时间：hhmmss（时分秒）
<6> 定位状态A效定位V效定位
<7> 模式指示（A定位D差分E估算N数效）
<8> 校验
5ZDA
前时间信息：(Time and Date)
格式： GNZDA<1><2><3><4><5><6>*<7>
例子：GNZDA012841000140120170000*46
<1> UTC 时间：hhmmss（时分秒格林威治时间）
<2> 日
<3> 月
<4> 年
<5> 区域时（NEO6M 支持00）
<6> 区域分钟（NEO6M 支持00）
<7> 校验
6GSA
GPS 精度指针卫星 (GNSS DOP and Active Satellites)
格式：
XXGSASmodeFS{SVID}PDOPHDOPVDOP*CS
例子：GPGSAA3051302301524221516*35
BDGSAA30103040812221516*2D
<1> 模式 1：定位型式 1未定位2二维定位3三维定位
<2> FS：定位状态标志
<3> {SVID}：定位卫星编号该字段显示12 颗卫星编号12颗时输出前12颗足12颗时足区域补空
<4> PDOP综合位置精度子（05999）
<5> HDOP水精度子（05999）
<6> VDOP垂直精度子（05999）
<7> systemId：NMEA定义GNSS系统ID号
<8> 校验
7GSV
视卫星状态输出语句 (GNSS Satellites in View)
格式：XXGSVNumMsgMsgNoNumSv{SVIDeleazcn0} *CS
例子：GPGSV3109024211849053804147060512839137403941*77
GPGSV3209156824428204532521241518028294727823*72
<1> 总GSV语句电文数
<2> 前GSV语句号
<3> 视卫星总数0012
<4> 卫星编号{SVIDeleazcn0}0132
<5> 信噪（CNo）0099dB表示未接收讯号
<6> 校验
注：条语句包括四颗卫星信息颗卫星信息四数项：卫星编
号卫星仰角卫星方位角信噪
34 GSM模块电路设计
模块SIMCOM公司SIM800A模块模块工作频率98001800MHz采SMT封装通TTLAT命令控制模块提供语音短信GPRS数通信
模块特性
两频9001800MHz
GPRS multislot class 1210
GPRS mobil station class B
基功：语音通话短信广播GPRS网硬件TCPUDP协议支持FTPHTTPSSLDTMF检测
通讯网络：支持移动联通电信2G网络
串口：预留TTL电标准串口支持5V电标准系统通讯
MAX3232转换芯片支持RS232标准串口通信
机均功耗：06mA4A
图36 GSM模块接口电路原理图
图37 GSM模块实物图
35 LCD1602液晶显示模块电路设计
设计采LCD1602液晶显示模块显示屏行行显示八字符显示两行LCD1602模块体积功耗低显示容丰富相般LED数码说优势明显
序号
指令
RS
RW
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
1
清显示
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
2
光标返回
0
0
0
0
0
0
0
0
1
*
3
置输入模式
0
0
0
0
0
0
0
1
ID
S
4
显示开关控制
0
0
0
0
0
0
1
D
C
B
5
光标字符移位
0
0
0
0
0
1
SC
RL
*
*
6
置功
0
0
0
0
1
DL
N
F
*
*
7
置字符发生存贮器址
0
0
0
1
字符发生存贮器址
8
置数存贮器址
0
0
1
显示数存贮器址
9
读忙标志址
0
1
BF
计数器址
10
写数CGRADDRAM）
1
0
写数容
11
CGRAMDDRAM读数
1
1
读出数容
表31 控制命令表
图38 LCD1602液晶显示电路原理图
图39 LCD1602液晶实物图
36键电路（含拉电阻）设计
系统中键作系统输入起机交互枢纽作键单片机控制引脚默认高电键单片机相关引脚变成低电进实现系统手动输入电路原理图图示电路中电阻作拉电阻保证键信号稳定输出
图310 键电路原理图
37 WIFI模块电路设计
WIFI模块ESP8266芯片款芯片片处理力强存储空间集成度高GPIO口集成种设备开发运行中占低系统资源
AT指令集简介：
1 AT+RST
功：重启模块
2AT+CWMODE
功：mode1 Station模式（接收模式）mode2：AP模式（发送模式）mode3：AP+Station模式
4结
图41 实物测试效果图
图42 测试效果图
测试程中发现定位存定偏差属预期范围余功（发送短信手电筒屏幕显示）皆正常运行实际生产中该系统进行改进实现功进行较准确定位时价格合理操作简单占空间符合市场需求
系统设计程中运技术：
（1） STM32F103系列单片机系统设计开发
（2） AD原理图PCB板设计
（3） 数字模拟电路设计
（4） GPS定位系统设计
（5） GSM系统设计
（6） 焊接技术
参考文献
[1]中国宠物行业市场前瞻投资战略规划分析报告[D]前瞻产业研究院2019
[2]GPS卫星导航定位原理方法[M]刘基余北京：科学出版社2003
[4]全球定位系统原理应[M]刘基余李征航北京：测绘出版社1993
[5]GPS导航原理应[M]王惠南北京：科学出版社2003
[6]新编单片机原理应[M]潘永雄西安：西安电子科技学出版社2003
[7]单片机原理应[M]张鹏成：电子科技学出版社20048
[8]微型计算机原理接口技术课程设计指导[M]贾金玲重庆：重庆学出版社20011206
[9]物联网终端宠物定位器解决方案实践研究[D]杨锋南京邮电学2018
[10]基嵌入式操作系统物联网节点技术研究[D]李石峰西安电子科技学2018
[11]传感器应手册[D]孙宝元杨宝清北京
[12]基GPRS嵌入式计算机远程监控系统研究[J]蔚承英陈勇刚杨利等安防科技 2016 2(12)1820
[13]新型集成电路指南典型应[M]杨振江蔡德芳西安：西安电子科技学出版社199810
谢辞
篇文黄相杰老师悉心指导完成非常感谢黄老师文选题时题目提出深刻见解收获良帮助确定文研究方少走弯路文撰写程修改中提出许建议终完成毕业设计
文目标设计宠物定位项圈硬件部分硬件设计阶段先网搜索关定位技术相关信息发现定位技术知识真门类颇浩烟海刚开始寻找资料时候感觉找方头苍蝇样处乱撞导师交流指导慢慢找研究方资料分析解种定位技术间优缺点通总结终定设计方案
进入硬件设计阶段时设计电路够熟悉仿真时总出问题深入学找出错误原终解决问题设计整硬件系统测试成功
然宠物定位项圈存足方设计程中学知识增强动手力提高解决问题力更明白学实践相结合道理
老师专家繁忙工作余评审篇文表示衷感谢位毕业设计中帮助学表示感谢文指导老师黄老师表示感谢
附录
图1 STM32单片机核心板部原理图
图2 GPS模块电路原理图图
图3 GSM模块电路原理图
图4 WIFI模块原理图
图5 实物图正面
图6 实物图反面
图7 宠物定位项圈原理图
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