【一款多功能老人呼叫器的额设计（论文）12000字】

PAGE5华侨大学毕业设计(论文)PAGE4一款多功能老人呼叫器的额设计摘要随着移动通信及移动智能设备的飞速发展，2G/3G网络因满足不了人们日益增长的网络速度需求而逐步退出历史的舞台，备受此影响的是适应不移动智能设备的老年人们。据调查，我国已步入老龄化社会，老年人口基数大且呈有逐年上涨的趋势。此外，大部分老年人都与儿女分居两地，“空巢老人”、“老人走失”等社会问题引起社会的广泛关注，因此开发服务于老人的移动基础设备具有极大的应用意义及社会价值。本设计旨在设计一款多功能老人呼叫器，便于儿女及时发现老人的异常情况、远程康护老人的日常生活并了解老人的日常活动轨迹，给予老人更多地关爱与照顾。本设计主要是以Air724的4GCAT.1为主控，主要是用Lua脚本语言开发，以单片机STC8为辅助的产品设计。在蜂窝物联网的快速发展中，已非常成熟的NB-IoT和Cat.4基本满足窄带业务及高速业务，而CAT.1以能无缝接入现有LTE网络、集成度高、传输快、价格低等在中低速业务中独占优势。结合当代老年人口比例及呼叫器的发展，CAT.1模块能在呼叫器这领域得到充分地利用与发展。基于4GCAT.1多功能呼叫器的系统运行测试表明可以实现一键呼救、一键报警、个性化语音提醒、定位追踪等功能，能为老人的日常生活及健康提供一种有效的监护预警手段。关键词：老龄化，移动通信，CAT.1，呼叫器目录TOC\o"1-2"\h\u27646第1章绪论 113281.1研究背景 1221081.2研究意义及内容 1279741.3论文组织 210026第2章背景知识及相关技术介绍 3255412.1背景知识 3318942.2Lua语言简介 3240442.3CAT.1简介 3121572.4本章小结 412096第3章系统设计方案 548693.1需求分析 5156713.2系统总体方案设计 65273.3本章小结 823915第4章系统设计的实现 9125774.1主控详细设计 967364.2设计难点分析 13124744.3本章小结 1415048第5章系统测试及分析 15110545.1定位测试 1528125.2远程升级测试 156365.3低功耗测试 1665085.3本章小结 1721950第6章总结及展望 18289486.1总结 18294706.2展望 1825104参考文献 208824附录1部分关键源码及解释 22绪论1.1研究背景2020年我国工业和信息部为助推4GCAT.1和5G协同发展而密集出台了一系列实质性政策，有利于老人机及老人呼叫器等通信设备在移动通信迅速发展的时代背景下加快前进的脚步。在十一届全球移动宽带论坛上，提出大力支持5G发展的同时，也提出2G/3G退网将会成为时代发展的必然结果[1]。2G/3G退网后我们所要面对的物联业务问题可以使用NB-IoT和CAT.1终端模组来解决。在蜂窝物联网的快速发展中，发展已非常成熟的NB-IoT和Cat.4基本满足窄带业务及高速业务，而CAT.1以能无缝接入现有LTE网络、集成度高、传输快、价格低等优点在中低速业务中独占优势。4G主要发展高速业务，若直接用在开发老人机及老人呼叫器等设备是大大满足其要求，但是会增加4G的用户强度，出现一种大材小用的情况。因此，CAT.1的推动大大优化了各大业务覆盖的范围，支持推动更多中低速物联网业务的开发与设计[2]。据统计，目前三大运营商的移动电话用户数将近16亿户，其中将近2亿户人依然在是2G/3G用户。2G/3G用户大部分都是老年人，老年人视力差、反应迟钝、记忆模糊，很难适应智能机的操作。但因2G/3G逐渐退网，这部分用户将不得不换手机卡、手机来顺应网络时代的发展[3]。结合当代老年人口比例及老人机发展，CAT.1模块能在老人机、多功能呼叫器等这领域得到充分地利用与发展，也减小4用户压力，让老人的脚步跟上数字化道路的脚步。1.2研究意义及内容根据国际公认的人口老龄化标准，当这个国家或地区60周岁人及以上人口超过总人口数的10%或65周岁及以上人口超过总人口数的7%时，就表明该国家或地区已经步入人口老龄化社会。据国家统计局统计2019年中国人口数据，我国60周岁及以上人口占18.1%；65周岁及以上人口占比12.6%，且呈现逐年上升的趋势，因此人口老龄化是中国人口均衡发展中所面临的重要挑战。而当今社会中，成人子女大多都与父母两地分居，因此成人子女很难做到对父母的健康状况、高龄老人行为轨迹的实时监控，所以空巢老人独居、走失等社会现象受到社会的广泛关注。人口老龄化阻止不了2G全面退网，因此老人机及老人呼叫器也需要得到发展与升级，我们依然需要为满足老年人日益增长的精神文化需求而努力。社会迅速发展的同时，不能遗忘脚步缓慢的人，不然终将我们也会成为被世界抛弃的一类人，因此研究一款能够满足老年人基本需求的产品是迫在眉睫的事情。而老人的多功能呼叫器的基本需求是使用简单、操作方便，音量大、拨号等特点，属于中低速业务的设计，可以采用CAT.1来实现其功能设计。本毕业设计的研究目的是针对高龄老人的习惯及老人的主要需求，利用4GCAT.1模块定制一款性价比高、功能强、功耗低、操作简单的多功能呼叫器，旨在便于家人能够实时掌握老人的动态信息，并给予个性化语音提醒、高清VoLTE、定位追踪等功能，有利于减少老年人走失、提高老人幸福感的呼叫器，进而减少用户的时间和金钱成本，让老人随时有家人的陪伴与关爱。1.3论文组织本论文共分为六章，每章的内容如下:第一章为本文的绪论，本章主要阐述选题研究背景、研究意义及内容，介绍当前社会背景及技术的发展现状，提出本系统地设计并介绍本设计的主要实现功能，最后再对本论文的论文组织加以陈述。第二章为本设计背景知识及相关技术介绍，主要对本文需要用到的开发设计理论知识及相关技术进行介绍。首先介绍关于设计的背景知识，然后对主控所用到的Lua语言进行介绍，最后阐述CAT.1技术的发展与功能。第三章为系统具体设计方案，本章介绍了多功能呼叫器的主要需求及系统总体方案设计。需求主要由功能需求及非功能需求两个方面进行详细分析，再对系统的结构与主控模块的选型进行具体分析。第四章为系统设计的实现，主要从模块化多线程编程方向重点说明了主控的详细设计，详细说明主要的六大线程，并对重要的技术及用法设计进行具体介绍，最后简单介绍了本设计难点。第五章为系统测试及分析，包括硬件测试、软件测试及测试问题的解决方案分析。第六章为文章的总结，并提出展望。 第2章背景知识及相关技术介绍2.1背景知识本课题为基于4GCAT.1多功能呼叫器，主要是以Air724的4GCAT.1为主控，以单片机STC8为辅助的产品设计。Air724CAT.1芯片内置丰富的网络协议，支持多种驱动和软件功能；功能强大，支持矩阵键盘、SPIcamera、SPILCD、VOLTE等等功能，性价比高，主要支持中低速物联网产品的开发[4]；主芯片支持二次开发，可以通过Lua、AT、CSDK开发，本设计主要由Lua开发来实现设计。2.2Lua语言简介Lua是巴西里约热内卢天主教大学一个研究小组所研发的一种能够被应用程序灵活扩展的脚本语言，被游戏行业广泛运用的“胶水语言”，最著名的游戏莫过于魔兽世界。Lua是嵌入式的脚本语言，特点是轻量、高效、简单，可扩展等，它可独立进行编程，也可作为一个库嵌入到其他宿主语言的应用程序中，因此在嵌入式系统、物联网、游戏、移动设备等领域被广泛地运用。Lua的底层实际上也是通过C语言来实现的，只是被设计成能为C/C++及其他常用语言开发的软件集成一起使用，这样成功的弥补了C语言在高级抽象能力、动态结构及调试能力等方面的不足[5]。Lua语言是一种动态类型的语言，它没有类型定义，每个值都带有自身的类型信息。Lua语言具有标准库，用户可以根据需求来选择使用Lua语言的方法：在自己的程序中嵌入Lua语言、单独使用Lua或者是结合其他语言使用Lua语言。Lua语言能够提供多样化功能的API供使用者调用。随着Lua的发展，越来越多的教程及文献对Lua语言进行分析与解读，将为设计提供莫大的帮助与支持。2.3CAT.1简介CAT.1的全称是LTEUE-Category1，UserEquipment简写是其中的UE，是对在4GLTE网络下终端设备无线性能的一种“低配版4G”，也具有推动蜂窝物联网代际迁移的潜力。根据3GPP相关标准规范，UEcategory是一系列的在上行/下行中可变的无线性能参数的集合，也就是基站和用户终端之间通过UECategory各种参数来确定用户设备所支持的速率，基站根据UECategory来调整自身的参数设定，合理地和用户终端进行通信。CAT.1适用于中低速的蜂窝物联网产品的发展，对补齐物联网产品主要运用场景需求有巨大的意义。CAT.1主要优点有能够无缝接入现有LTE网络、集成度高、传输快、价格低等，这恰好满足4G老人机的基本需求。多功能呼叫器主要需求为通话和少量数据传输，而CAT.1支持VoLTE高清通话及成本低的低速率数据传输，此外已有集成TTS、AGPS等拓展功能的CAT.1模块。蜂窝物联网业务分布如图2-1所示，发展好CAT.1网络及相关产业对优化物联网各大类业务有至关重要的作用[6]。图2-1蜂窝物联网业务分布LTECAT.1不需要对基站进行软硬件的修改与升级就可以无缝接入现有的LTE网络当中，大大降低了网络覆盖成本；并且其芯片成本低、集成度高、模组硬件架构简单的优点让CAT.1的优势大大超过了Cat.4。CAT.1具有与Cat.4相同的毫秒级传输时延及支持100km/H以上的移动速度，因此CAT.1在物联网技术开启万物互联的场景中具有得天独厚的优势[7]。2.4本章小结本章主要对本设计中使用的一些技术和概念进行了介绍。先介绍了本设计的背景知识，再介绍本课题实现所采用的脚本语言Lua，然后介绍了蜂窝物联网业务分布及CAT.1所处的地位与作用，最后介绍了所使用的主控芯片采用的网络技术。第3章系统设计方案3.1需求分析3.1.1功能需求分析由于本设计面向高龄老人，因此设计需要操作简单、拨号方便、音量大等特点，本设计可以实现以下功能：一键拨号、一键求救功能。由于老人记忆力减退、交际圈较小，大部分都是联系自己的儿女。本设计可以设置一个常用号码，方便父母有事情一键拨打给自己的常用联系人；另外可设置五组紧急呼叫号码，当老人有紧急事件需要一键报警求救时，可以轮播五组电话号码，直到有一组号码接通为止。并且设备监护人将会受到报警信息与老人的位置信息，方便设备监护人及时实施救援。大音量语音报时。时间对老人来说依然十分重要，现在的老人机屏幕小、时间字体大，老人依然需要眯着眼睛仔细看，大音量语音报时能够解决老人看不清时间的问题。定位跟踪功能。具有LBS及Wi-Fi室内辅助定位，实现老人实时定位，定位信息可以通过手机实时查看，并且可以通过网络将实时的定位信息生成老人的实时路径与历史路径，方便儿女等家人掌握老人的动态位置信息，并对数据进行保存和调用。防骚扰。可以通过手机设置防骚扰功能，将能够接通的号码设置成白名单，避免其他诈骗电话、骚扰电话等拨号给老人，减少老人被电话诈骗、电话骚扰的次数，增加老人的安全性。来电提醒。能够自动识别来电号码是不是后台所设置的白名单联系人或者是亲情联系人，若是已存入的号码，则会有来电铃声来提示亲情号码或白名单号码的备注；若不是，则只播放来电铃声。如亲情号码张三来电，来电铃声为：“主人，张三来电话啦”。设备持有者可选择接听或挂断。设备监护人可以设置来电自动接听或者响铃几声后自动接听等。个性化语音提醒。设备监护人能够通过手机来个性化设置闹钟及提示信息，提醒设备持有者到点进行相应的活动，如制定早上8：00闹钟提醒老人吃药，当时间到早上8:00时，设备将会提醒：“该吃药了”等信息，信息内容可以个性化设置。远程升级。设备支持远程升级，方便维护并且遇到紧急问题能够及时覆盖有问题版本，及时将损害降到最低从而节省成本。3.1.2非功能需求分析在移动设备和网络技术发展多样化的情况下，设备的原生开发已经无法满足日新月异技术快速更新迭代的需求。为了满足设备的移动开发多样化需求，产品还应满足以下非功能性需求。稳定性。为了确保设备能够在各种场合能够稳定运行，就需要对产品进行风险预测分析，并且对不同场合进行风险包容性检测与对代码错误、运行异常的进行及时处理，保证老人使用的得心应手。扩展性。从设备的功能与老人的需求分析，设备功能需要不断优化与丰富来满足老人日益增长的精神上的需求度，才不会被网络时代的快速发展所淘汰。时代在进步，老人也需要逐步的跟上时代的步伐，科技网络的发展不可能放慢脚步，但产品的设计开发可以不断拓展来包容脚步缓慢的老人们。可拓展性强的产品才会有更多的无限可能来包容老人的需求。可维护性。随着移动用户对互联网产品品质的要求不断提高，越来越多的产品被设计出来适应多样化的需求，但许多产品因维护难度大而失去了很大的市场。特别是许多物联网无法实现远程升级或者升级难度大等问题，需要用户寄回产品或者是到现场去排查故障等原因，导致维护成本高且会降低客户的满意度，因此产品的可维护性十分重要。低功耗。由于老人对呼叫器的性能不是很高但需要设备能够将续航时间延长，因此需要实现低功耗来优化产品的使用。呼叫器大部分的时间应该处于省电模式，除了有相应的操作或者配置才需要进行设备唤醒，做好低功耗是设备的重点之一。3.2系统总体方案设计3.2.1系统结构多功能呼叫对宽带传输速率的要求不高，不需要以Cat.4的速率来适配，因此使用相差无几且性价比高的CAT.1来作为主控是十分切合的。多功能呼叫器可设计成挂带式让使用者随身携带，设备定时将设备位置信息提交云服务器进行分析或保存，形成历史记录及历史轨迹，方便设备监控者随时查看设备使用者的位置信息，设备监控者也可以使用SMS短信服务远程唤醒设备。本设计系统结构主体框架如图3-1所示。本设计将定位技术、SMS短信服务技术及无线通信技术的相互融合，以AIR724模块作为主控的多功能报警器实现了远程对老人安全的监控与保障，有效地保证了老人的安全与身心健康。图3-1系统结构主体框架多功能呼叫器设计主体主要是以Air724的4GCAT.1为主控，以单片机STC8为辅并控制其他外设的产品设计。主控主要是用Lua脚本语言开发，STC8主要是用C语言开发。设计主体主要分为五个部分，灯控、按键控制、电源控制、单片机控制及CAT.1主控。灯及按键等均通过STC8的GPIO来连接，AIR724UG通过UART连接在STC8上。STC8相当于设备的中转站，中转设备的外设状态及接收控制外设指令并实施；AIR724UG相当于中央处理器，是多功能呼叫器的核心，所有的处理指令都是通过AIR724UG来分析完成的。多功能呼叫器的系统总体框架如图3-2所示。图3-2系统总体框架3.2.2系统主控模块目前市场上微控制单元（MCU）的种类繁多，最常见的包括寄存器少、价格低的51单片机；性价比高、功能强大的意法半导体STM32相关产品；指令精简、框架强大的PIC系列单片机等等。经过市场地调研，大部分物联网产品都会以此类MCU作为主控。多功能呼叫器的需求及设计若以此类MCU作为主控，则需要加入更多的外设及投入更高的成本，将会使设计的性价比下降。为了选择出一款编程简便、性价比高、不造成资源浪费又同时满足设计需求的主控芯片，应该考虑以下因素：主控的体积小，成本低；主控的GPIO至少两个，至少一个UART；主控省电模式及工作模式的功耗要低，进入省电模式方式简单；主控开发难度小，易上手，且现有的参考资料、开发教程易查找；主控集成度高，稳定性强。综合上述几点性能要求，考虑各方面的因素，本系统最终选用AIR724系列芯片作为主控。AIR724UG内置有丰富的网络协议，集成了多个工业标准接口，并支持多种驱动及软件功能，在车载、老人机、安防、工业互联等中低速速率传输的领域具有很广的应用范围。AIR724UG外设接口丰富，支持VOLTE、SPILCD、SPICamera等功能，实时性好、性价比高、集成度高且功能强大。此芯片还支持多种开发方式，如CSDK开发、Luat脚本二次开发、AT指令开发等，丰富的开发模式可以被广泛应用与各种控制领域当中。AIR724UG具有LTECAT.1bis模块的超小封装（即邮票孔+LGA的封装），采用的是紫光展锐的UIS8910平台，支持LTE3GPPRel.13技术。3.3本章小结本章对本系统的需求进行功能需求及非功能需求两个方面进行分析，再对系统设计的详细分析，说明了系统的主要结构以及主控模块的选型工作，并介绍了AIR724UG芯片的主要功能。第4章系统设计的实现4.1主控详细设计主控AIR724UG主要采用模块化多线程编程来对软件进行设计。所谓的模块化多线程编程就是将模块分为多线程，将每个子线程用流程图表示出来，通过中间变量使各个线程同时工作、相互调度，从而组成一个完整的程序。这样能够大大降低程序的复杂程度，使调试与维护变得更加方便快捷。主控AIR724UG的软件设计部分使用的是Lua的开发方式，存在一定的开发难度。主控程序主要由多线程组成，当主控程序中创建了多线程时，由于每一条线程执行速度很短，让人感觉是同一时刻有多个线程同时执行，但实际上多线程时并发的。因为CPU只有一个，所以每个线程的执行是通过CPU的调度来决定的。虽然很难确定在一个时间片内具体执行的是哪一个线程，但是我们可以设置线程的优先级，来保证线程合理的被执行与分配。本系统软件设计主要包含六大模块：双核心数据收发线程、开机服务、按键处理、网络主线程收发线程、个性化定时TTS提醒、测试模式线程。本设计主控的程序流程图如图4-1所示。图4-1主控程序流程图4.1.1双核心数据收发线程由于AIR724UG模块开机需要拉低PWRKEY管脚1.5s，然后检测V_GLOBAL_1V8管脚的电平来判断模块是否开机成功，模块关机也是类似。因此模块的开关机需要借助STC8来进行，STC8低功耗技术也十分精湛。STC8通过UART与AIR724UG相连接，AIR724UG具有三个串口，其中UART1用于AT命令和数据传输，所支持的最大波特率921600bps，默认115200bps，且支持硬件流控（CTS/RTS）。双核心数据收发线程即单片机与主控之间的数据传输，UART初始化为波特率9600，8位数据位，无校验，1位停止位。双核心初始化方式如图4-2所示。图4-2双核心初始化双核心数据收发线程需要处理接收单片机所收到的指令数据，并进行解析单片机所传达的数据信息；作为系统的“中央处理器”，主控需要对设备进行控制及下发指令，比如需要亮灯亦或者需要播放来电铃声等，都需要经过主控下发指令给单片机，单片机收到指令之后进行相关的操作。4.1.2开机服务开机服务主要包含三个部分，初始化串口、载入配置文件及初始化线程。由于设备需要掉电后需要储存亲情号码电话簿、白名单电话簿、TTS语音管家信息等配置信息，最初的实现方法只是使用了IO的操作文件来管理配置信息，最后发现设备掉电不保存相关配置。

NVM是利用文件实现的一种插入式参数存储管理模块，掉电后参数不会丢失，典型的应用场景为：小数据量的简单键值对参数。虽然NVM擦写次数也有相关的限制，但是一台设备最少可以擦写10万次，已经足够用户所使用。为了以防万一，也使用Lua去减少设备的擦写次数。比如：将写入底层的CONFIG配置信息在每次开机时全保存在全局变量中；收集好所有配置信息才将其写入底层，进行NVM操作等等。因此开机时需要载入配置文件，来保证掉电后参数不丢失。4.1.3按键处理按键处理线模块主要将双核心数据收发线程所收到的单片机按键数据信息解析出来，然后判断按键所对应的是需要报时、拨号还是紧急呼叫，分析完毕再执行相关操作。其中涉及紧急轮播需要使用一种对象：迭代器（iterator），它能够用来遍历标准模板库容器中的部分或全部元素，每个迭代器对象代表容器中的确定的地址。在Lua中迭代器是一种支持指针类型的结构，它可以遍历集合的每一个元素。使用遍历函数pairs能遍历集合的所有元素。即pairs可以遍历集合中所有的key，并且除了迭代器本身以及遍历表本身还可以返回nil，每次遍历地输出是随机的。还有一种遍历函数是ipairs，这个函数仅遍历值，按照索引升序遍历，索引中断停止遍历。即不能返回nil,只返回0，若遇到nil则退出。只能遍历到第一个不是整数的key。

总之，ipairs遍历数组、pairs遍历数组和table均可遍历所有key，但是ipairs遍历数组，只能从1开始升序、按顺序遍历出相对应key，若索引中断，则退出。按键处理最主要使用的函数为pairs来遍历所存储的亲情号码table，来完成紧急轮播这一难点。遍历函数如图4-3所示。图4-3遍历处理函数4.1.4网络主线程收发线程网络进程是通过套接字SOCKET来通信的，因此网络主线程收发线程主要是通过SOCKET来进行数据链路激活、SOCKET管理，SOCKET所创建的IP需要公网IP，局域网IP会导致数据通信失败。考虑到老人机不会长时间与前端联系，只要做好数据重传与通信重连，就能够省下许多资源，因此建立UDP连接来完成数据通信。UDP连接的特点为：UDP是无连接的，即通信时不需要一直创建连接，所以减小了开销和发送数据前的时延；UDP支持一对一、一对多、多对一、多对多的交互通信；UDP是面向报文的，只在应用层叫下来的报文前增加首部后就交付给IP层；UDP不能保存可靠交付，只能保证努力交付，因此主机不需要维护常连状态；UDP是无阻塞控制，即使网络中存在阻塞，也不会影响发送端的发送频率；DUP的首部开销小，只有8个字节，它比TCP的20个字节的首部要短。网络主线程最主要两个部分是构建数据包并通过UDP发送及收取UDP信息并解析。构建数据包的方式是通过table的建立与table的插入，将数据整合成table的格式，通过json来对数据进行加密处理。json编译将table转化为string，再将string格式化后转化成字节数组，才能够将数据通过UDP发送出去。以此类推，数据的解析也是先将收到的字节数组进行解析，提取数据部分进行json解析，解析成table格式再进行分析我们所需要处理的数据。用lua构建心跳数据包如图4-4所示。图4-4Lua构建心跳数据包4.1.5个性语音TTS提醒线程高龄老人的记忆力逐渐衰退，大部分老人到一定年龄都会出现阿尔兹海默症的症状。据统计，65岁以上老年人群阿尔茨海默病患病率为5.56%，每年老5岁痴呆地风险翻倍，80岁以上的老年人痴呆患病率达到40%。个性语音TTS提醒便于设备管理者通过线上客服端可配置个性的定时闹钟语音提醒，到时间点便提醒老人该做某件事情，以至于实现远程看护老人的基本需求，也降低了儿女及其家人的看护压力及心理压力。TTS语音合成技术是将文字智能转化为自然声音语音，转换时间十分迅速。在这个特有的智能语音控制技术下，所输出的语音十分流畅自然，让人感觉不到机器的冷漠与机械感。TTS技术具有国标一、二级汉字接口及英文接口，能够智能识别中英文混读。能够让设备持有者使用得更加舒适。设备持有者也可以通过设定时间间隔，如周一至周日哪几日进行提醒、下周是否重复提醒等，至多可以设置九组个性化语音提醒内容。并且利用NVM的插入式参数存储管理模块，保证设备掉电保存数据记录。4.1.6测试模式线程为方便测试模块硬件设施的好坏，增加了测试模块音量、电量、信号等参数的语音播报，方便测试模块、了解模块的性能。具体数据获取、处理成功后，通过TTS语音播报出具体数据方便测试者了解设备的具体情况，如喇叭音质、SIM卡信号值是否有误、电量是否过低、音量对否过大等。 4.2设计难点分析4.2.1TTS语音播报与通话冲突测试需要多角度测试，需要考虑正常情况，更需要考虑异常情况。在正常情况设备需要解决的问题难度较低，但是异常情况也需要考虑周全。当设备在通话状态时播放TTS会出现设备死机的现象，通过改变硬件设计是解决不了此类问题，就只能通过软件设计来避免这种冲突。因此，软件编写解决这个问题主要关键点就是需要将两种情况合理的分开，避免冲突。audio.play函数是播放TTS的具体函数，该函数是底层封装好的，没有标志位来作为参考参数，因此只能在通话时候进行相关处理。而通话的来电检测采用的是消息订阅的方式，即sys.subscribe（id,callback）。例如，当来电时，底层发送“COMMING”的ID告诉上层现在有来电了，这时上层接收到ID后可以进行接通、挂断或者是免打扰等方式进行处理。这样就可以订阅到该消息，callback就可以进行相关的处理。当设备在通话时，callback中可以设置标志位来告知目前为通话状态；当设备挂断时候，callback中可以设置标志位来表示挂机状态。这样让TTS语言播报和通话变成互斥状态，就能够防止设备死机。4.2.2低功耗Air724主要有两种实现低功耗的方式。一种是底层Core内部自动处理，例如TCP发送或者接收数据时将会自动唤醒，发送接收结束后将会自动休眠；另一种是Lua脚本使用pm.sleep和pm.wake自行控制，例如，Uart连接外围设备，Uart接收数据前，要主动去pm.wake，这样才能保证前面接收的数据不出错，当不需要通信时，调用pm.sleep。官网的说明书上写不休眠时功耗至少30mA左右，休眠时候能够做到3mA，实际运用大量的测试是完全做不到的，就算关闭所有的外设与通信接口都做不到3mA。4.2.3高清VoLTE模块本身具有高清VoLTE通话，但是因为芯片设计的原因，不同运营商的卡在通话时候，有通话音量不同、音质好坏差距以及通话状态反馈差异等问题。此类问题很难通过代码设计来优化，必须通过联系厂家，然后提交问题工单并练习技术人员更改底层的参数配置才能够完成。因此这个问题的解决需要大量的实验总结及芯片厂商的技术支持的配合才能够共同解决相关问题。4.3本章小结本章主要根据需求去对主控模块进行选型分析，最后确定使用Air724UG芯片来作为设计的主控；然后说明了设计中遇到的难点分析，主要是TTS语音与通话的冲突、低功耗的实现以及高清VoLTE通话的实现。这三个难点对设计具有至关重要的作用，设计的本身介绍没有考虑到TTS与通话的冲突，在设计的多次测试中才发现有这个问题，因此设计完成后需要大量的测试才能够保证多场景下设备的稳定性。第5章系统测试及分析5.1定位测试本设计主要是基站定位及Wi-Fi定位。Wi-Fi是一种无线局域网技术，是高效率的移动接入网络，传输稳定、快速且低时延，此外Wi-Fi定位技术也发展的十分迅速。每一个无线AP都会有一个全球唯一的MAC地址与之对应，且无线AP不会轻易被移动。设备在开启Wi-Fi的时候，就会扫描并收集周围的AP信号信息，无论是被加密还是被连接的AP，都会被获取AP所广播出来的MAC地址。再根据信号的强弱程度，计算出设备的地理位置并返回到后台。测试方法为扫描多地的路由信息，通过现有WIFI定位网站来输出设备经纬度及位置信息，并与设备后台所提供的位置信息做对比分析，具体实验场景、次数及结果如表5-1所示。表5-1定位测试表主要场景测试次数测试工具准确度CSQ：1-1850轿车92.18%CSQ：1-1850步行95.67%CSQ：18-3550轿车98.12%CSQ：18-3550步行99.99%室内低CSQ50步行98.79%低温50冰箱91.29%高温50电热扇90.23%5.2远程升级测试许多物联网设备要实现远程升级都有很大的难度，Air724虽然具有远程升级的接口，但是要依仗合宙厂商的服务器，要求稳定并且在自建服务器上实现远程升级的话，又是一个巨大的挑战。在实现远程升级的过程中，两种方式都尝试过，最终选择了在合宙服务器上实现。Air724的升级方式无非也是通过HTTP请求获取URL的文本信息，再进行版本与固件的对比，在自建服务器和合宙官网都是一个道理。但是合宙为了让用户更加离不开自己，将自建服务器上的升级加了限制：可以在自建服务器上升级，但是不能回退更新设备。这将使设备的远程升级变的鸡肋，尝试多次并请教前辈发现，如果不按限制去做，升级设备可能导致设备变砖，那就得不偿失了。因此最终选择在合宙的服务器上升级。

在实现远程升级还遇到一个问题：正常情况下，是否升级是需要按照用户的需求去实现，但是合宙给的方式都是后台一键升级，那么如何将每台设备的升级独立出来是关键问题。最终想到的方式是将版本信息储存在自建服务器上，当有新版本发布的时候，需要在合宙服务器和自建服务器两边同时更新升级包的信息。这样虽然加了一个步骤，但是更新的文件只要修改更新的版本及更新说明然后替换旧文件即可。远程升级主要代码如图5-1所示。图5-1远程升级代码

经过大量的实验发现，在合宙升级网上进行远程，95%的概率能够升级成功，但是在低信号的情况下，升级将会推迟至下次信号强度中等以上才会进行升级。结果是升级成功的，只是时间的早晚而已。5.3低功耗测试低功耗是本设计的难点之一，多功能呼叫器的重点也是实现低功耗。经过多次的测试发现，影响设备功耗大小的因素有很多，如信号获取、基站位置信息获取、外设数目等等，因此需要根据状态进行分析。最终使用PM模块进行模块的唤醒与休眠，并将每分钟获取一次CSQ和基站位置信息等通信全部关闭进入休眠，测试用5欧电阻，3.7伏锂电池，将测试时间延长，测量多段周期的平均电压值，多次测量求取平均休眠电流约为3.9mA，这是最理想的休眠功耗。多功能呼叫器最主要的特点就是低功耗，对于老人来说，肯定是越耐用越好，因此我们Socket连接采用UDP，但是实际上若需要通过App或者小程序来做配置的话，那么肯定需要与外界进行网络通信的，当有前端有数据下发设备确处于休眠模式时候，却又建立不了通信桥梁，这又与低功耗相驳，因此做到低功耗是重点、难点之一。考虑到设备大多时间都需要处于休眠状态，因此将心跳包作为是否休眠的主要因素。当设备存在心跳包时候，就说明设备未进入休眠，可进行相关操作，唤醒设备的方式简单、多样：按键操作设备、打电话、发短信给设备，这样多样化的接口与唤醒方式可以使设备变的可控，且易于实现低功耗。示波器测量图功耗如图5-2所示：图5-2示波器测量图5.3本章小结本章主要是对本系统进行主要模块进行单独测试以及检测设备主要功能的准确性。首先是对定位测试进行对比分析，并给出大量定位实验的距离统计进行误差距离分析。其次对最主要的升级方式进行测试说明，对比测试了两种远程升级方式的优劣性。最后对低功耗模式进行分析处理。第6章总结及展望6.1总结本文对5G迅速发展导致2G/3G退网后老人设备的发展进行分析，并结合当今中国所面临的人口老龄化的社会问题，来开展设计中低速物联设备开发的基于4GCAT.1多功能呼叫器的设计与实现的研究。本文对CAT.1技术、模块化多线程编程以及呼叫器相关技术进行详细介绍，在此基础上设计基于CAT.1多功能呼叫器，完成系统设计及软件设计，并对系统进行测试，能够基本满足设计需求，实现预期效果。本课题主要完成以下工作：（1）通过相关政策解读及移动通信的发展，确定课题的研究意义及内容；通过阅读大量的Lua程序设计、C语言设计及单片机书籍，来为设计提前储备好基础知识。（2）查阅大量关于4