无网覆盖随行通.docx
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1、毕业设计(论文) 题 目 无网覆盖随行通 学 院 电子信息学院 专 业 电子信息工程 学生姓名 朱治科 学号 159120802 指导教师 张仁永 职称 讲 师 2019年04月20日学生毕业设计(论文)原创性声明 本人以信誉声明:所呈交的毕业设计(论文)是在导师的指导下进行的设计(研究)工作及取得的成果,设计(论文)中引用他(她)人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出,论文中的结论和结果为本人独立完成,不包含他人成果及为获得重庆工程学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计(研究)所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 毕业设计(论文)作者(签字
2、): 年 月重庆工程学院本科生毕业设计 摘要摘 要随着生活水平的提高,物质上的丰富已经满足不了现代人的需求,人们更加追寻精神上的刺激,远足探险等户外运动已成为人们的首要选择。但在这些地方普遍没有手机信号的覆盖,沟通交流成了一大难题。本作品无网覆盖随行通可以在无通信网络(三大运营商)的情况下,实现自组网区域覆盖。而覆盖的区域内,使用本产品的所有用户,在覆盖区域内实现通信。本作品主要由硬件和软件两部分组成,其中硬件以STM32作为核心控制器,各外围电路由蓝牙电路、LORA电路、稳压电源电路、供电电源电路组成。软件部分完成对程序代码的编写,实现在无手机信号覆盖的情况下,远距离传输至手机终端,危急情况
3、下还可进行广播式求救。本作品可应用于户外探险、荒野求生、专业救援等任何无手机信号覆盖的区域,在国内尚无先例,具有显著的创新性。关键词:无手机信号 组网通信 国内首款I重庆工程学院本科生毕业设计 ABSTRACTABSTRACTWith the improvement of living standards, the material richness can not meet the needs of modern people, people are more interested in spiritual stimulation, outdoor sports such as hiking
4、 adventure has become the first choice. However, there is no coverage of mobile phone signals in these places, and communication has become a major problem. This work without network coverage can be achieved in the case of non-communication networks (three major operators), to achieve self-organizin
5、g network coverage. In the covered area, all users who use this product communicate in the coverage area.This work is mainly composed of hardware and software. The hardware uses STM32 as the core controller. Each peripheral circuit consists of Bluetooth circuit, LORA circuit, regulated power supply
6、circuit and power supply circuit. The software partially completes the writing of the program code, and realizes long-distance transmission to the mobile phone terminal without the coverage of the mobile phone signal, and can also perform the broadcast-type rescue in a critical situation. This work
7、can be applied to any area without mobile phone signal coverage such as outdoor adventure, wilderness survival, professional rescue, etc. There is no precedent in China and it has significant innovation.Keywords: no mobile phone signal; network communication; the first domesticII重庆工程学院本科生毕业设计 目录目 录摘
8、 要IABSTRACTII目 录III1 绪 论11.1 研究的目的及意义11.2 课题现状及存在的问题11.3 论文的组织结构22 课题总体方案设计42.1 课题设计目标和原则42.2 系统总体方案设计42.3 作品创新点52.3.1区域内自由组网覆盖52.3.2 技术应用创新52.3.3 国内首创63 硬件设计73.1硬件电源电路分析73.1.1 5V可充电锂电池73.1.2系统稳压滤波电路设计73.2系统架构设计83.2.1 LoRa模块电路设计83.2.2蓝牙模块控制电路设计83.2.3无网覆盖随行通硬件框图103.2.4无网覆盖随行通系统实物图113.3 LoRa模块自组网功能介绍1
9、24 软件设计134.1软件设计原则134.2无网覆盖随行通开发环境144.2.1 下位机开发环境144.2.2 上位机Android APP开发环境154.3 下位机主程序流程图设计164.4 STM32蓝牙协议接收消息程序设计164.4.1蓝牙模块初始化代码164.4.2 蓝牙串口中断接收程序174.5 STM32控制LoRa发送消息程序设计184.5.1 LoRa模块初始化程序184.5.2 LoRa发送消息程序194.6 Android APP程序设计204.6.1收发送文本消息214.6.2 发送GPS定位消息224.6.3 发送语音消息224.6.4离线导航地图225 系统测试与分
10、析245.1测试方法245.2测试结果和分析245.2.1 系统硬件测试部分245.2.2 系统数据传输测试255.2.3 用户终端上位机软件测试266 总结与展望27参考文献28致 谢29重庆工程学院本科生毕业设计 1 绪论1 绪 论1.1 研究的目的及意义近年来,随着人们生活水平的提高,越来越多的人不仅仅满足于物质生活的充足,也希望在精神方面得到丰富。曾在网络上看到一则新闻,一对夫妇自驾游过香格里拉雪山不慎坠崖身亡,看到这则消息既令人震惊又让人惋惜。本来原计划7号返回的他们却没有如期回来,并且周边的朋友也联系不上。后来经过警方多方的搜寻,发现他们的手机信号曾显示在川滇交界处1,再结合各个重
11、要视频监控的分析,可以初步推断出他们失踪的位置在香格里拉的一个雪山附近,但是由于雪山周围道路崎岖颠簸,范围比较广泛,加上高原地区的气候、上百米的悬崖,导致搜寻的难度增大。最后经过二十多天的寻找后,才找到他们。其实这样的事例不在少数,经常可以在新闻上看到北京又一女驴友在拍照时不慎滚落三十余米的陡坡,身受重伤被困于山中。安徽的一对夫妇在户外探险时坠入山崖身亡。随着旅游业的蓬勃发展,旅游者的体验需求不断的提高,很多传统的旅游方式已经不能够满足人们的需要,根据中国户外旅游行业现状分析,我国每年参与户外旅游登山等活动的人数达1.3亿人,人们通过这种带有刺激性的旅游方式来获得成就感,其中有6000万人徒步
12、、探险等旅游项目。随着户外运动人数的不断增加,迷路、滑坠、被困等户外运动的事故率也直线上升。2018年五一假期期间,北大学生杨勇与其两名队友一起穿越鳌太线,29日下午,杨勇独自向前探路时,在佛爷池附近与队友失联。直到失联60小时后,才被救援队发现,在这60小时里,虽然搜救行动投入了大量的人力、物力、财力,但营救效果、救援效率,依然不够理想。据统计,全国每年由于户外探险者失联而进行搜救,所投入的救援费用超过5000万。根据我国有关监管部门对旅游事故的不完全统计,早在2015年6月份时,我国在上半年因旅行、探险的遇难人数达2000多人,大多数遇难地点在沙漠和森林。以2014年为例,我国共发生160
13、起登山户外运动事故,事故总人数为689人,共造成63人死亡,人失踪。这些庞大的户外探险遇难数据让人震惊3,其中大多数人是在遇难时因没手机信号而无法及时向外界求救所导致的,因此为了保障户外探险者的人身安全,解决无手机信号地区的通信问题已经成为我国首要研究的难题。无手机信号覆盖的区域,无网覆盖随行通可以实现自由组网,使用本作品的所有用户,在其有效的覆盖区域内,都可以实现文本、语音信息的交互、经纬度坐标的发送与接收、地图位置的标定及链接的收发。危急情况下,还可以向组网覆盖区域内的所有用户进行广播式求救,并发送救援位置信标。1.2 课题现状及存在的问题随着智能时代的到来,几乎人人手上都有一部手机,甚至
14、有的人已经对手机产生了依赖,没有手机就会感到焦虑。在这个流量不限的时代,说是现代人对手机的依赖,还不如说是对手机信号的需求。每当人们外出旅行,尤其是进入偏远山区,最让人担心的还是手机没有信号,与外界失去联系,如果遇到紧急状况,求救都来不及。此时的手机就像似一堆废铁,哪怕是再贵的手机也显得毫无价值。如果想要实现通讯,只能在有基站的地方才能实现。但是基站的覆盖区域受限,考虑到成本的问题,很难在偏远山区、沙漠、森林等无人区上建立基站。在我国的云南、贵州、内蒙、西藏、新疆等地区,基站的覆盖密度就比较低,哪怕是电力、修路、林业的工作人员需要通信,从当前位置传输数据到总部都不能够及时的解决,也只能通过北斗
15、卫星导航系统才得以通信。截至2014年的统计得知,我国的三大运营商的通信基站数量分别约为:中国联通56.5万个;中国移动180万个;中国电信63.5万个4。但由于我国的疆土面积辽阔,再加上各类地形的复杂多样,想要在森林、沙漠等偏远的地区建立基站几乎是不可能的事情,只有使用卫星才能实现通信。目前在没有手机信号的地方想要完成实时通讯,只能使用对讲机和卫星电话。卫星电话其实是移动电话当中的一种,但与普通的移动电话有所区别,我们平时使用的移动电话通常是与基站相连接,手机终端打电话或者产生数据业务时,通过网络发送给最近的基站,基站通过基站收发器接收信号并做出相应的处理,再反馈给移动终端。最后手机终端再通
16、过无线信道接收无线电波,解调出自己的信号。而卫星电话的原理与其相似,卫星电话发送信号不是给基站,而是直接与卫星通信5。但是卫星电话的成本相对比较高,并且通讯容量较小,不够亲民化,无法大面积使用。而对于我们生活中普遍见到的对讲机,它存在只可以语音,不可以发送文字,无法定位终端,并且通讯的覆盖范围较小,电池的续航时间短等问题,最重要的是对讲机只能在预先调好的频道进行交流,假如被困于山中,就无法向外界进行求救。综上所述,开发一款在无手机信号情况下使用的成本低、便携式通讯设备是非常有必要的。1.3 论文的组织结构本课题设计是根据STM32单片机设计制作的无网覆盖随行通,作品的前期通过查阅国内外文献、市
17、场调查分析,决定采用当前主流的STM32单片机和中继组网相结合,作为无网覆盖随行通的主要组成部分。本论文将通过六大章节,循序渐进的介绍本设计。第一章节绪论,主要分为三个板块,从本课题的研究目的及意义当中发现当前所存在的问题及现状,并提出问题所在,引发思考。第二章节为系统的总方案设计,概括性的介绍系统的总体框架以及本设计想要达到的目标和注意原则。第三章为整个系统的硬件设计,将STM32单片机作为主控芯片,周围由各个外围电路构成,以图文结合的形式,对整个硬件电路作详细的阐明。第四章节是系统的软件设计,首先介绍APP的开发环境,再分别介绍主控芯片控制程序、以及用户交互界面的实现。第五章是系统的测试与
18、分析,总体概述系统的测试方案,分别说明了在软件或者硬件方面遇到的困难,最后对整个设计进行各方面的分析。第六章结论与展望,总结分析本作品设计过程中遇到的问题,再结合当前市场分析,基于本作品作出展望。从论文选题,到处收集资料,以及论文完成,这都不是一蹴而就的,这是一个需要持续努力的过程。30重庆工程学院本科生毕业设计 2 课题总体方案设计2 课题总体方案设计2.1 课题设计目标和原则本课题设计目标是研发一款在无手机信号覆盖的区域内,实现相互通信的设备。本设备在覆盖的范围内自主构成网络,然后将手机定位或者信息通过蓝牙无线传输给手机终端,在有效范围内的成员便可以进行实时通信,危急情况下,可进行广播式求
19、救。总的来说设计目标可以归为以下几点:首先,使用本设备的成员,在发送信息进行传输时,不能发生数据的丢失,否则会失去使用本设备的意义。其次,在有效范围内使用本设备的情况下,不能影响其他的通信设备。最后,无网覆盖随行通需要有较长的待机时间。使用无网覆盖随行通时,需要考虑以下几点:稳定性。用户在户外探险,本设备若不能进行有效的工作,不仅会浪费设备的电力,还会使正在求救的人员带来生命危险,救援人员不能正确的定位终端,造成人力物力以及时间成本的开销。低功耗。在无手机信号覆盖的地方还可以使用对讲机,但由于对讲机功耗大,续航能力差,不适合用于徒步旅行、登山等户外运动。无网覆盖随行通采用低功耗的LORA模块,
20、续航时间可达72小时。远距离。平常生活中使用的对讲机的通讯传输距离一般为3-5公里,但在有高达建筑物的遮挡情况下,距离会相对短些。而无网覆盖随行通在空旷地带的通讯传输距离可达15km。通信容量。本设备的通信容量相比于对讲机和卫星电话来说,容量可谓是非常大,拥有本设备的用户既是用户终端又是中继,最大中继数可达16,通过中继,相邻的其他用户之间的最大通讯距离也随之倍增。2.2 系统总体方案设计本作品无网覆盖随行通采用STM32为核心控制芯片,主要由蓝牙电路、LORA电路、稳压电源电路、供电电源电路组成。“无网覆盖随行通”通过蓝牙连接手机,此时的手机,只是一个输入/输出设备,信号的传输过程主要是,手
21、机终端A连接蓝牙发送信息,再通过LORA传输至手机终端B,基于此,在无手机信号覆盖区域内两个手机就可以完成实时通讯。STM32核心控制器将蓝牙通讯技术与LORA通讯技术相结合,建立握手连接,实时校验,保障数据传输的可靠性和稳定性6。每个“无网覆盖随行通”都是一个信息的发送接收点,同时也是一个信息中转站。使用本设备的成员,都可以在覆盖区域(本系统的覆盖区域,取决于系统成员的分布与有效通讯距离)内可以进行信息交流、位置共享。危急状况下,可向系统中的所有用户进行广播式求救。如下图2.2 系统总体框架图所示。2.2 系统总体框架图2.3 作品创新点2.3.1区域内自由组网覆盖“无网覆盖随行通”可以实现
22、在无手机信号覆盖的区域内,各个用户自由组网,完成本区域内的组网覆盖。其范围,取决于用户的地理位置分布以及设备的有效通讯距离。每个用户的“无网覆盖随行通”即是终端,又是中继。如果AB两个团队各自的自组网由于空间距离过大而没有联网, 这两团队中间的空白区,或因某个用户或者团队 C这个“桥梁”突然介入,那么,此“ACB大区”内的所有用户随即自动组成一个ACB大网。本作品具有以下5个特点:1. 个人与群组通讯。2. 可以一对多,向组网覆盖内的所有用户发送紧急求救信息。3. 以经度、纬度的坐标形势,共享地理位置。4. 低功耗,待机时间可达72小时以上。5. 自由组网,无限制,新用户可以任意加入拓展组网覆
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