基于北斗定位的弱勢(shì)群體安全與健康檢測(cè)預(yù)警系統(tǒng)

喬淋偉 王敬茹 吳健

摘要：近年來(lái)，隨著我國(guó)人口的老齡化和二胎政策的放開(kāi)，我國(guó)人口弱勢(shì)群體比重明顯增加。鑒于此種情況，本文主要介紹了基于北斗實(shí)時(shí)定位及無(wú)線傳輸系統(tǒng)的人體健康安全監(jiān)測(cè)及智能報(bào)警系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)通過(guò)人體健康監(jiān)測(cè)器實(shí)現(xiàn)對(duì)人體體溫、心率、心跳等健康指標(biāo)的監(jiān)測(cè)，以判斷人體健康狀況。此系統(tǒng)不僅可以作為家庭健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用，也可應(yīng)用于病人健康及安全監(jiān)護(hù)方面使用。

關(guān)鍵詞：北斗實(shí)時(shí)定位；弱勢(shì)群體；健康監(jiān)測(cè)；無(wú)線傳輸

1 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)人口的老齡化和二胎政策的放開(kāi)，我國(guó)人口弱勢(shì)群體比重明顯增加，而其子女父母由于自身的工作和職責(zé)往往難以給與他們充分的照顧。我國(guó)自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)，具有自主產(chǎn)權(quán)和維護(hù)成本低的優(yōu)勢(shì)，目前已經(jīng)向中國(guó)及周邊地區(qū)提供連續(xù)的導(dǎo)航定位和授時(shí)服務(wù)，預(yù)計(jì)在2020年左右將成覆蓋全球的導(dǎo)航系統(tǒng)。鑒于此種情況，本文介紹了基于北斗實(shí)時(shí)定位及無(wú)線傳輸系統(tǒng)，結(jié)合腕帶式脈搏傳感器、紅外體溫傳感器ML.X90615采集信號(hào)經(jīng)單片機(jī)等，對(duì)處理后健康安全數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)端進(jìn)行上傳的人體健康安全監(jiān)測(cè)及智能報(bào)警系統(tǒng)。此系統(tǒng)所采用設(shè)備，體積小，使用方便，測(cè)量精度較高可以同時(shí)對(duì)人體體溫、脈搏進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并由檢測(cè)端利用北斗系統(tǒng)上傳至網(wǎng)絡(luò)，可以供佩戴者及其家人利用手機(jī)和電腦客戶端進(jìn)行隨時(shí)查看；此外基于北斗實(shí)時(shí)定位定位及無(wú)線傳輸功能可以及時(shí)對(duì)發(fā)現(xiàn)健康或危險(xiǎn)問(wèn)題的客戶端的預(yù)警及求救信息發(fā)送給其監(jiān)護(hù)人或相關(guān)急救部門(mén)。

2 方案分析

該設(shè)計(jì)通過(guò)人體健康監(jiān)測(cè)器實(shí)現(xiàn)對(duì)人體體溫、心率、心跳等健康指標(biāo)的監(jiān)測(cè)，以判斷人體健康狀況。在日產(chǎn)生活工作中可以隨時(shí)將佩戴者的健康情況反饋給佩戴著及其監(jiān)護(hù)人，若出現(xiàn)各項(xiàng)指標(biāo)不符合健康要求，則檢測(cè)器將進(jìn)行健康報(bào)警。北斗衛(wèi)星接受報(bào)警信號(hào)并將信號(hào)視其緊急程度將突發(fā)情況發(fā)送給第一緊急聯(lián)系人、第二緊急聯(lián)系人、第三緊急聯(lián)系人、120救護(hù)中心等，以此在最短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地對(duì)弱勢(shì)群體身體健康監(jiān)測(cè)和緊急救助。

2.1 人體健康監(jiān)測(cè)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用MC9S12XS128MAL單片機(jī)作為主控制器，同時(shí)對(duì)人體的心率、心跳、體溫等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。該方案可實(shí)時(shí)有效的顯示監(jiān)測(cè)參數(shù)，并可達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)指標(biāo)精度監(jiān)測(cè)，故方案切實(shí)可行。

2.2 各部分電路模塊基本設(shè)計(jì)原理

該設(shè)計(jì)方案分為5個(gè)主要部分，分別由MC9S12XS128MAL單片機(jī)主控部分、溫度檢測(cè)部分、心率檢測(cè)部分、顯示模塊及健康報(bào)警部分組成。

（1）MC9S12XS128MAL單片機(jī)主控部分

MC9S12XS128是16位單片機(jī)，由16位中央處理單元（CPU12X）、128KB程序Flash（P-lash）、8KB RAM、8KB數(shù)據(jù)Flash（D-lash）組成片內(nèi)存儲(chǔ)器。主要功能模塊包括：

內(nèi)部存儲(chǔ)器、內(nèi)部PLL鎖相環(huán)模塊、2個(gè)異步串口通訊SCI、1個(gè)串行外設(shè)接口、MSCAN模塊、1個(gè)8通道輸入/輸出比較定時(shí)器模塊TIM、周期中斷定時(shí)器模塊PIT、16通道A/D轉(zhuǎn)換模塊ADC、1個(gè)8通道脈沖寬度調(diào)制模塊PWM、輸入/輸出數(shù)字I/0口。

（1）體溫監(jiān)測(cè)部分

體溫監(jiān)測(cè)部分通過(guò)DS18B20溫度傳感器，以便直接讀取被測(cè)溫度。同時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息僅需一根口線，溫度變換功率來(lái)源于數(shù)據(jù)總線，總線本身可向所掛接的DS18B20供電，故無(wú)需額外電源。

（2）心率測(cè)量部分

裝置利用單片機(jī)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)過(guò)程利用編程控制。計(jì)每10秒脈沖個(gè)數(shù)乘以6即得心率，顯示部分每10，秒更新一次，即可得人體此時(shí)心率大小。

（3）超限報(bào)警部分

裝置采用發(fā)光二極管作為上下線超常報(bào)警指示燈，并向衛(wèi)星發(fā)出報(bào)警信號(hào)。地面控制室接受衛(wèi)星數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算整理，綜合所有的衛(wèi)星信息，得到報(bào)警點(diǎn)精確位置并獲得最佳的救援路線。操作人員或者計(jì)算機(jī)通過(guò)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)向第一緊急聯(lián)系人、第二緊急聯(lián)系人、第三緊急聯(lián)系人、120救護(hù)中心發(fā)出求助指令。同時(shí)，被救人可通過(guò)自身監(jiān)測(cè)器身體健康狀況，并將其通過(guò)信號(hào)傳輸給北斗導(dǎo)航衛(wèi)星。地面控制室也通過(guò)北斗導(dǎo)航衛(wèi)星獲得被救人的方位、行駛情況等，從而實(shí)現(xiàn)及時(shí)、高效對(duì)被救人進(jìn)行救助。

3 技術(shù)路線

在求救裝置控制程序中，求救裝置接收GPS模塊發(fā)出的定位數(shù)據(jù)，從$GPRMC語(yǔ)句從提取自身的經(jīng)緯度信息，存儲(chǔ)在單片機(jī)內(nèi)。出現(xiàn)報(bào)警信號(hào)時(shí)，便可發(fā)出含有自身位置信息的求救信號(hào)。以上功能所涉及的軟件功能有：總線頻率設(shè)置（PLL模塊）；外部中斷控制（IRQ模塊）；串口數(shù)據(jù)收發(fā)（SCI模塊）；從$GPRMC語(yǔ)句中提取經(jīng)緯度信息。

3.1 總線頻率設(shè)置（PLL模塊）

MC9S12XS128MAL單片機(jī)中有四個(gè)不同的時(shí)鐘，即外部晶振時(shí)鐘、鎖相環(huán)時(shí)鐘、總線時(shí)鐘和內(nèi)核時(shí)鐘。目前電路采用的是16MHz的外部晶振，默認(rèn)配置下，鎖相環(huán)時(shí)鐘為32MHz，總線時(shí)鐘為8MHz，內(nèi)核時(shí)鐘為16MHz。通過(guò)將PLLSEL寄存器置位，可選擇總線頻率從鎖相環(huán)時(shí)鐘獲得，而鎖相環(huán)時(shí)鐘與外部晶振時(shí)鐘的關(guān)系由SYNR、REFDV兩寄存器決定。

通過(guò)相關(guān)寄存器的設(shè)置，將總線時(shí)鐘超頻到了16MHz，在該頻率下，單片機(jī)可以穩(wěn)定工作，同時(shí)也保證了數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性。

3.2 外部中斷控制（IRQ模塊）

MC9S12XS128MAL單片機(jī)的PE1為外部中斷引腳，使用時(shí)需要對(duì)IRQCR寄存器的IRQE位和IRQEN位進(jìn)行設(shè)置，分為以下兩種情況：

若IRQE=1，當(dāng)PE1引腳上出現(xiàn)下降沿時(shí)，會(huì)觸發(fā)外部中斷；若IRQE=0，當(dāng)PE1引腳上出現(xiàn)低電平時(shí)，會(huì)觸發(fā)外部中斷。

若IRQEN=1，PE1引腳上的外部中斷使能；否則，PE1引腳的外部中斷將無(wú)法觸發(fā)。

3.3 串口收發(fā)數(shù)據(jù)（SCI模塊）

MC9S12XS128MAL單片機(jī)有兩個(gè)串行通信接口，分別為SCI0和SCI1。使用時(shí)，則需要分別進(jìn)行初始化設(shè)置。

3.4 從$GPRMC語(yǔ)句中提取經(jīng)緯度信息

這一部分主要是對(duì)保存的GPRMC語(yǔ)句進(jìn)行分析，搜尋關(guān)鍵語(yǔ)句段，進(jìn)行分析，并生成待發(fā)送的短信內(nèi)容。

總結(jié)：

北斗實(shí)時(shí)定位及無(wú)線傳輸系統(tǒng)及互聯(lián)網(wǎng)+醫(yī)療無(wú)疑是當(dāng)下前景不錯(cuò)的兩個(gè)研究領(lǐng)域，是隨著時(shí)代發(fā)展而逐步發(fā)展的前沿領(lǐng)域。在接下來(lái)的學(xué)習(xí)研究過(guò)程中希望能夠進(jìn)一步對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行完善，充分利用更為成熟的北斗系統(tǒng)，真正做一款實(shí)用的人體健康安全監(jiān)測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：1.2.山東科技大學(xué)；

2.山東科技大學(xué)）