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摘要 中国每年有很多老年人外出迷路、走失，基于此，设计一种基于窄带物联网（ Narrow Band Internet of Things，NB-IoT） 的老人防走失追踪器，采用 NB-IoT 替代传统的蓝牙、WIFI、GPRS 等方式，具有功耗小、覆盖广、穿透强、信号好等优点;利用GPS定位技术实施精准定位，同时还可检测其身体健康状况（如心率、体温等）。利用 NB-IoT 与基站建立连接，将GPS输出的定位信息通过NB-IoT传输至基站。用户可通过手机app随时查看老人的位置信息和健康状况。
关键词： NB-IoT; GPS定位技术;手机app
1 背景
老人走失日益成为显性问题，亟需解决。针对这类问题，市面上已出现的一些防丢装置，多是采用蓝牙、WIFI、GPRS 等方式进行通信、定位，但存在一些弊端：如遇到地下车库、偏远山区等信号较弱的地方，有效传输距离有限，装置无法起作用[1]。针对现有技术的不足，本文所设计的老人防走失智能追踪器，采用 NB-IoT 进行通信，利用GPS进行定位，能够准确定位走失老人，实现快速定位，并将地理位置信息通过平台发送给手机app，从手机app可以直观地看出其位置，并且还可以记录老人的行走轨迹。除此之外，该追踪器还具有检测环境温度、湿度和老人身体健康状态（如心率、体温等）功能。
2系统设计
本设计利用NB-IOT技术，将各个传感器获取到的人体温度、心率速度、周围环境的温度和湿度以及实时定位数据通过NB模块上传到附近的NB-IOT基站，再从基站上发到Ocean Connect平台。手机APP可以从平台获取数据，选择查看身体健康状况和环境条件，还导入了百度地图，可以从地图上直观地看到用户的位置和行走过的历史轨迹。
3硬件设计
3.1 STM32L476主芯片
本设计主芯片采用STM32L476，基于ARM? Cortex?-M4，具有FPU内核。它们的工作频率可达80 MHz，并实现 了在80 MHz频率下具有100 DMIPS的性能，由于集成了ART Accelerator?，还同时能保持尽可能小的动态功耗[2]。
3.2 NB-IOT模块
本系统选用BC95的NB-IOT模块实现数据的上传和下发。BC95是一款高性能、低功耗的NB-IoT无线通信模块[3]。其尺寸仅为19.9 &TImes; 23.6&TImes; 2.2mm，能最大限度地满足终端设备对小尺寸模块产品的需求，同时有效地帮助客户减小产品尺寸并优化产品成本[4]。
3.3 GPS模块
GPS接收模块的工作原理是它接收天线获取的卫星信号，经过变频、放大、滤波、相关、混频等一系列处理，实现对天线视界内卫星的跟踪、锁定和测量[5]。在获取了卫星的位置信息和测算出卫星信号传播时间之后，即可计算出天线位置。用户通过输入输出接口，采用异步串行通信方式与GPS接收模块进行信息交换[6]。
3.4 MAX30102模块
MAX30102是一个集成的脉搏血样仪和心率监测生物传感器的模块[7]。它集成了一个红光LED和一个红外光LED、光电检测器、光器件，以及带环境光抑制的噪声电子电路[8]。本系统选用该模块来测试心率，通过串口传输数据来检测测试者的心率。
4程序设计
整体的系统在运行前需要先初始化，然后开启相应的功能模块，接着判断是否有DMA接收，如果有则对数据进行处理后进行NB发送反馈，若没有则直接进行NB发送。接着判断是否有按键按下，若有则提取温湿度和体温数据，接着判断是否进入停机模式和是否唤醒停机模式，如果唤醒了则判断是否为RTC方式唤醒，若非此模式唤醒则返回到前几个步骤;若是RTC唤醒则打开GPS定位和提取其他数据，最后判断是否为有效值，进行CoAP数据发送。
4.1 NB模块程序设计
NB模块首先初始化串口并打开DMA接收。 启用BC95模块后，启动检测信号，然后根据COAP协议发送地址和上传数据。
4.2心率模块程序设计
心率模块先初始化GPIO、IIC和心率传感器，接着读取IO口数据并按一定的算法进行计算，然后判断获取的数据是否为有效值，若是即对数据进行处理，若无效则重新读取数据。
4.4 GPS信息获取程序设计
GPS模块先初始化串口和DMA配置，接着使能GPS，接收到经纬度信息后判断是否为有效值，如果为无效值则重新接收数据，如果为有效值则发送有效的定位信息。
5测试
STM32L476控制器通过NB-IoT进行通信，并通过NB-IoT网络将获取的位置信息发送到附近的NB-IoT基站。 GPS定位模块连接到控制器进行系统定位，控制器向GPS定位模块发送定位请求。 在接收到请求之后，GPS系统获取当前位置信息并将位置信息发送到控制器。 在NB-IoT通信下，控制器通过AT命令实时将当前位置信息和老人的其他检测数据发送到附近的NB-IoT基站，基站对该信息进行频率转换， 将信息存储在云平台中，移动APP可以获取平台的数据，以便您可以使用移动APP了解老年人的位置和其他信息。
6总结
基于NB-IoT的老年人防走失追踪器是一种全新的数据采集方式。该系统可以随时收集用户的生理数据，上传到专有数据库，并通过数据挖掘和一系列技术对其进行分析，从而展示出用户的身体健康数据。目前 NB-IoT 正在部署中，多家运营商正在进行试点工作，全球主流设备商、运行商、厂商都在强势推进NB-IoT大规模商用，相信在不久的将来能大面积投入使用。
参考文献
[1]张忠，朱天天，马兴禄，基于NB-IoT的儿童防丢系统设计[J]，计算机与现代化，2018年第2期。
[2] http：//m.blog.csdn.net/lovecc101/article/details/58305736。
[3] http：//www.pudn.com/Download/item/id/3256180.html。
[4] http：//www.sohu.com/a/210831484_468626。
[5]徐翠琴，基于单片机的LCD硬件设计[J]，中国新通信，2015，第13期
[6]哲嘉瑞，MCS-51单片机与GPS-OEM板串行通信問题分析[J]，中国新通信，2017-9。
[7]穆元伟，刘美娟，张琦，STC15F2K60S2单片机医疗卫生间设计[J]，科技广场，2017，2。
[8]郭国发，何天强，张开生，基于μC/ OS-II的物理监控系统设计[J]，工业控制计算机，2017-10。
关键词： NB-IoT; GPS定位技术;手机app
1 背景
老人走失日益成为显性问题，亟需解决。针对这类问题，市面上已出现的一些防丢装置，多是采用蓝牙、WIFI、GPRS 等方式进行通信、定位，但存在一些弊端：如遇到地下车库、偏远山区等信号较弱的地方，有效传输距离有限，装置无法起作用[1]。针对现有技术的不足，本文所设计的老人防走失智能追踪器，采用 NB-IoT 进行通信，利用GPS进行定位，能够准确定位走失老人，实现快速定位，并将地理位置信息通过平台发送给手机app，从手机app可以直观地看出其位置，并且还可以记录老人的行走轨迹。除此之外，该追踪器还具有检测环境温度、湿度和老人身体健康状态（如心率、体温等）功能。
2系统设计
本设计利用NB-IOT技术，将各个传感器获取到的人体温度、心率速度、周围环境的温度和湿度以及实时定位数据通过NB模块上传到附近的NB-IOT基站，再从基站上发到Ocean Connect平台。手机APP可以从平台获取数据，选择查看身体健康状况和环境条件，还导入了百度地图，可以从地图上直观地看到用户的位置和行走过的历史轨迹。
3硬件设计
3.1 STM32L476主芯片
本设计主芯片采用STM32L476，基于ARM? Cortex?-M4，具有FPU内核。它们的工作频率可达80 MHz，并实现 了在80 MHz频率下具有100 DMIPS的性能，由于集成了ART Accelerator?，还同时能保持尽可能小的动态功耗[2]。
3.2 NB-IOT模块
本系统选用BC95的NB-IOT模块实现数据的上传和下发。BC95是一款高性能、低功耗的NB-IoT无线通信模块[3]。其尺寸仅为19.9 &TImes; 23.6&TImes; 2.2mm，能最大限度地满足终端设备对小尺寸模块产品的需求，同时有效地帮助客户减小产品尺寸并优化产品成本[4]。
3.3 GPS模块
GPS接收模块的工作原理是它接收天线获取的卫星信号，经过变频、放大、滤波、相关、混频等一系列处理，实现对天线视界内卫星的跟踪、锁定和测量[5]。在获取了卫星的位置信息和测算出卫星信号传播时间之后，即可计算出天线位置。用户通过输入输出接口，采用异步串行通信方式与GPS接收模块进行信息交换[6]。
3.4 MAX30102模块
MAX30102是一个集成的脉搏血样仪和心率监测生物传感器的模块[7]。它集成了一个红光LED和一个红外光LED、光电检测器、光器件，以及带环境光抑制的噪声电子电路[8]。本系统选用该模块来测试心率，通过串口传输数据来检测测试者的心率。
4程序设计
整体的系统在运行前需要先初始化，然后开启相应的功能模块，接着判断是否有DMA接收，如果有则对数据进行处理后进行NB发送反馈，若没有则直接进行NB发送。接着判断是否有按键按下，若有则提取温湿度和体温数据，接着判断是否进入停机模式和是否唤醒停机模式，如果唤醒了则判断是否为RTC方式唤醒，若非此模式唤醒则返回到前几个步骤;若是RTC唤醒则打开GPS定位和提取其他数据，最后判断是否为有效值，进行CoAP数据发送。
4.1 NB模块程序设计
NB模块首先初始化串口并打开DMA接收。 启用BC95模块后，启动检测信号，然后根据COAP协议发送地址和上传数据。
4.2心率模块程序设计
心率模块先初始化GPIO、IIC和心率传感器，接着读取IO口数据并按一定的算法进行计算，然后判断获取的数据是否为有效值，若是即对数据进行处理，若无效则重新读取数据。
4.4 GPS信息获取程序设计
GPS模块先初始化串口和DMA配置，接着使能GPS，接收到经纬度信息后判断是否为有效值，如果为无效值则重新接收数据，如果为有效值则发送有效的定位信息。
5测试
STM32L476控制器通过NB-IoT进行通信，并通过NB-IoT网络将获取的位置信息发送到附近的NB-IoT基站。 GPS定位模块连接到控制器进行系统定位，控制器向GPS定位模块发送定位请求。 在接收到请求之后，GPS系统获取当前位置信息并将位置信息发送到控制器。 在NB-IoT通信下，控制器通过AT命令实时将当前位置信息和老人的其他检测数据发送到附近的NB-IoT基站，基站对该信息进行频率转换， 将信息存储在云平台中，移动APP可以获取平台的数据，以便您可以使用移动APP了解老年人的位置和其他信息。
6总结
基于NB-IoT的老年人防走失追踪器是一种全新的数据采集方式。该系统可以随时收集用户的生理数据，上传到专有数据库，并通过数据挖掘和一系列技术对其进行分析，从而展示出用户的身体健康数据。目前 NB-IoT 正在部署中，多家运营商正在进行试点工作，全球主流设备商、运行商、厂商都在强势推进NB-IoT大规模商用，相信在不久的将来能大面积投入使用。
参考文献
[1]张忠，朱天天，马兴禄，基于NB-IoT的儿童防丢系统设计[J]，计算机与现代化，2018年第2期。
[2] http：//m.blog.csdn.net/lovecc101/article/details/58305736。
[3] http：//www.pudn.com/Download/item/id/3256180.html。
[4] http：//www.sohu.com/a/210831484_468626。
[5]徐翠琴，基于单片机的LCD硬件设计[J]，中国新通信，2015，第13期
[6]哲嘉瑞，MCS-51单片机与GPS-OEM板串行通信問题分析[J]，中国新通信，2017-9。
[7]穆元伟，刘美娟，张琦，STC15F2K60S2单片机医疗卫生间设计[J]，科技广场，2017，2。
[8]郭国发，何天强，张开生，基于μC/ OS-II的物理监控系统设计[J]，工业控制计算机，2017-10。