基于STM32单片机智能手表GSM短信上报GPS定位防丢器设计

1 基于STM32单片机智能手表GSM短信上报GPS定位防丢器设计

本系统是一款以STM32单片机为核心的智能手表类设备，集成了GPS定位、GSM短信通信、LCD1602液晶显示、LED灯手电筒功能、按键交互及电源管理等多个模块，能够实现定位、防丢失提醒以及远程短信上报。其核心目标是为用户提供便捷、安全的随身防护方案，在老人、儿童以及重要物品的看护方面具有广泛的应用价值。

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2 系统功能介绍

该设计的主要功能如下：

1. 液晶显示：通过LCD1602液晶屏实时显示时钟、日期和GPS模块提供的经纬度信息，用户可通过按键在两类信息之间进行切换。
2. GPS定位：通过GPS模块获取当前位置的经纬度坐标，结合网络浏览器即可查询到精确地理位置。
3. 液晶清晰度调节：通过电位器调节LCD1602的对比度，以适应不同光照环境。
4. 手电筒功能：利用LED灯实现手电筒功能，按下按键后点亮，再次按下即可关闭。
5. 短信上报：通过第三个按键实现短信发送功能，将实时经纬度信息上报至指定手机号码。
6. 短信指令获取：绑定的手机号码可以主动发送“GET”指令到设备，设备会自动回复当前经纬度信息。
7. 短信状态指示：短信发送和接收过程中有独立的LED灯进行状态提示。

该系统不仅能作为个人防丢器使用，还能为老人或儿童提供紧急情况下的位置信息上报，增强安全保障。

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3 系统电路设计

系统的电路设计分为以下几个模块，每个模块各自独立，又通过STM32单片机进行统一管理与协调。

3.1 STM32单片机最小系统电路

STM32单片机作为整个系统的控制核心，负责采集GPS数据、控制LCD1602显示、管理按键输入、驱动LED手电筒以及与GSM模块进行串口通信。

• 主控芯片：STM32F103C8T6
• 主要外设接口：USART串口通信（GPS、GSM）、GPIO接口（按键、LED）、ADC（电位器读取对比度）
• 电源部分：采用3.3V稳压电源模块，保证单片机及外设稳定运行。

3.2 LCD1602液晶显示电路

LCD1602用于显示日期时间和经纬度信息。由于LCD1602为并行接口，通过数据线与STM32连接。系统通过一个按键实现两类显示信息的切换。

• 显示内容：第一屏为时钟+日期；第二屏为GPS经纬度坐标。
• 对比度调节：通过电位器调节Vo引脚电压，实现液晶对比度的调节。

3.3 GPS模块电路

GPS模块用于获取实时经纬度信息，常用型号为NEO-6M。

• 通信接口：通过USART串口与STM32通信。
• 输出数据：标准NMEA0183协议字符串（包括经纬度、时间、卫星数等信息）。
• 电源电压：3.3V供电，避免与单片机电平不兼容。

3.4 GSM模块电路

GSM模块用于短信的发送和接收，常用模块为SIM900A或A6。

• 功能：短信发送（上报经纬度）、短信接收（处理GET指令）。
• 通信接口：与STM32通过USART串口连接，使用AT指令完成短信控制。
• 指示电路：通过外接LED灯实时显示模块工作状态和短信收发状态。

3.5 按键电路

系统设有三个独立按键：

1. 信息切换键：在LCD显示的时间日期和经纬度信息之间切换。
2. 手电筒控制键：控制LED手电筒的开关，每次按下进行状态翻转。
3. 短信发送键：手动触发短信发送功能，将当前位置信息上报到指定手机。

按键电路采用下拉电阻方式，按键按下时为低电平输入，便于STM32检测。

3.6 LED电路

LED部分包含两类：

1. 手电筒LED：高亮白光LED，通过限流电阻与GPIO控制。
2. 指示灯LED：用于显示短信发送、接收和初始化等状态。

3.7 电源电路

系统电源采用锂电池+稳压电路方案。

• 锂电池：为系统提供便携供电。
• 稳压模块：输出3.3V供电给STM32、GPS和部分外围电路，输出4V左右电压给GSM模块。
• 充电电路：可选用TP4056模块，实现USB充电功能。

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4 程序设计

本系统程序以STM32为核心，通过C语言编写，主要包含LCD显示、GPS数据解析、GSM短信处理、按键扫描、LED控制等模块。

4.1 LCD1602显示程序设计

LCD1602通过8位并行总线与STM32通信，显示内容包括时钟日期和GPS经纬度。

void LCD_ShowTime(char *time, char *date) {LCD_SetCursor(0,0);LCD_WriteString(time);LCD_SetCursor(1,0);LCD_WriteString(date);
}void LCD_ShowGPS(char *latitude, char *longitude) {LCD_SetCursor(0,0);LCD_WriteString("Lat:");LCD_WriteString(latitude);LCD_SetCursor(1,0);LCD_WriteString("Lon:");LCD_WriteString(longitude);
}

4.2 GPS数据解析程序设计

GPS模块输出的NMEA格式数据需要通过字符串解析获取经纬度信息。

void GPS_ParseData(char *nmea) {char *lat, *lon;if (strstr(nmea, "$GPGGA")) {lat = strtok(nmea, ",");for(int i=0;i<2;i++) lat = strtok(NULL, ",");lon = strtok(NULL, ",");strcpy(latitude, lat);strcpy(longitude, lon);}
}

4.3 GSM短信程序设计

GSM模块通过AT指令实现短信发送与接收。

void GSM_SendMessage(char *number, char *message) {USART_SendString("AT+CMGF=1\r");  delay_ms(100);USART_SendString("AT+CMGS=\"");USART_SendString(number);USART_SendString("\"\r");delay_ms(100);USART_SendString(message);USART_SendChar(0x1A); // Ctrl+Z结束
}

4.4 按键扫描程序设计

按键扫描采用轮询方式，按下后执行相应功能。

void Key_Scan() {if(KEY1_Pressed) {displayMode = !displayMode; // 切换显示内容}if(KEY2_Pressed) {LED_Toggle(); // 手电筒开关}if(KEY3_Pressed) {GSM_SendMessage("138XXXXXXXX", gpsData); // 短信上报}
}

4.5 LED控制程序设计

LED控制采用GPIO翻转方式。

void LED_Toggle() {if(LED_Status) {GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0);LED_Status = 0;} else {GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0);LED_Status = 1;}
}

4.6 短信接收与指令处理程序设计

当设备接收到短信时，解析其内容，若为“GET”，则自动回复当前GPS坐标。

void GSM_ReceiveMessage(char *msg) {if(strstr(msg, "GET")) {GSM_SendMessage("138XXXXXXXX", gpsData);}
}

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5 总结

本系统以STM32单片机为核心，结合GPS与GSM模块，实现了位置信息的采集、显示与短信上报功能，具有定位防丢、短信报警等实用功能。系统在电路设计上结构清晰，模块划分明确；在程序设计上实现了对各功能模块的有效管理和协调。通过该智能手表的实现，可以为用户提供可靠的位置信息安全保障，在儿童看护、老人防走失及物品防丢失等场景中具有实际应用价值。