团队成员：邓翔 余常文 吕雪霜 王琪

调查显示，中国每年的失踪儿童多达20万，其中在大型商场、车站等人口密集的地方，失踪儿童占14.4％。儿童安全牵动着全家人的心。

目前市场上流行的两大类定位产品：一类是基于GpS的儿童手机，一类是儿童防丢器。GpS主要用于在视野开阔的地方实现定位，在室内几乎无法定位，这也导致以GpS为核心技术的定位产品无法在商场、车站等人口密集的场合使用。儿童防丢器的定位距离短、定位精度差，并且不能指示方位。因此，如何保障儿童安全，已成为当今社会关注的焦点。

为了解决这一难题，我们设计出一种精准方便、操作简单、经济实用的儿童定位产品——“寻宝奇兵”。本作品灵活运用加速度传感器、磁场传感器和电子陀螺仪等微机电传感器，完成对人体运动轨迹的测量，实现定位功能。

寻宝奇兵由主机和从机组成，主、从机上实时显示出彼此间的距离和方向。不仅可以在儿童走远时及时提醒父母，而且能够在儿童走失后指导父母迅速定位，找到孩子。

寻宝奇兵克服了GpS定位产品无法在室内使用的缺陷，弥补了儿童防丢器等产品定位距离短、精度差的不足，具有使用简单、携带方便、安全可靠、成本低廉和扩展性强等特点。

实施方案

1.系统结构

系统主要由六部分组成：电源电路、MEMS传感器、无线收发模块、液晶显示模块、报警模块、MCU。

2.系统硬件电路设计方案

1）三轴电子罗盘原理及应用：三轴电子罗盘采用意法半导体公司的模块，它集成了一个三轴加速度传感器和一个三轴磁场传感器，具有功耗低、精度高、线性度好等特点，可用于计算距离、测量倾角、倾角补偿等。

2）电子陀螺仪的原理及应用：电子陀螺仪采用意法半导体公司的L3G4200D，通过三轴共用一个感应结构来检测三条正交轴向运动，消除了轴与轴之间的信号干扰，避免输出信号受到干扰信号的影响。用户可以设定全部量程，量程范围从±250dps到±2000dps，低量程数值用于高精度慢速运动测量，而高量程则用于测量超快速的手势和运动。

3）温度传感器应用电路：系统的温度传感器采用SMT16030型的传感器，它具有测量精度高、测量范围大、线性度好、兼容TTL和CMoS电平等特点，且输出为方波信号，可直接与单片机相连，不需要A／D转换。

4）系统MCU：系统采用两块MSp430F5438单片机作为核心。

5）电源稳压电路：稳压电路采用AMS117－5和AMS117－33芯片。电源由电池组提供，电压为9V，系统需要＋5V和＋3.3V两种电压，其中＋5V电源为温度传感器、蜂鸣器供电，＋3.3V电源为加速度传感器、系统MCU和液晶显示屏供电。

3.系统软件设计方案(www.daowen.com)

1）系统软件组成。

● 系统节电模式与正常工作模式相互转换部分。

● 传感器输出数据的滤波和补偿算法。

● 根据陀螺仪输出的角速度计算出人体的旋转角度。

● 利用加速度传感器和磁场传感器计算人体行走时的航向角。

● 根据加速度传感器测量行走的状态及距离。

● 人体方位计算及显示。

● 温度的测量及显示。

● 电池电量的检测及显示。

● 声光报警。

2）系统算法。

● 卡尔曼滤波算法。卡尔曼滤波是一种高效率的递归滤波器，它能够利用目标的动态信息，去掉噪声的影响，得到一个关于目标位置的良好估计。本系统中加速度传感器、磁场传感器和陀螺仪的输出采用卡尔曼滤波算法，很大程度上去除了噪声对有用信号的影响。

● 数据融合算法。对来自传感器的原始信息进行特征提取（例如目标的幅值、能量、过零率等），然后将这些特征信息进行综合分析和处理，得到最优化的结果。本系统的旋转角度的测量主要依靠陀螺仪，采用磁场和加速度传感器实时对陀螺仪测得的角度进行修正。

● 基于四元数法的捷联式惯性导航系统的姿态算法。旋转矩阵用四元数表示，可以得到旋转轴与旋转角度。利用四元数法可方便地求出人体旋转的角度。