消防员生命体征监测系统中通讯中继的实现

左伟

摘要

本文研究并实现了消防员生命体征监测系统中基于ARMCortex-M3内核的微控制器LPC1768的通讯中继。

【关键词】通讯中继 LPC1768 4G通讯 北斗定位

近年来，我国重特大火灾和其他各类灾害事故时有发生，灾害规模不断扩大，消防官兵在深入灾害事故现场执行侦察和搜救任务时，由于过度疲劳、体力不支或身处险境等因素而不能及时自主撤离灾害事故现场，使消防员的人身安全受到很大威胁。因此，在现代信息化战场条件下，对战斗状态下消防员生命状况的监测显得尤为重要。我国针对消防员灭火战斗领域的研究尚处于初级阶段。多数产品存在便携性差、通信能力弱、报警不及时等缺点，使其实用性大打折扣。因此，如何高效、便捷、准确的对抢险救灾中的消防员进行监测并全方位的保证其人身安全就显的尤为重要。

1 硬件设计

1.1 电源电路设计

该通讯中继采用的是3.7V锂电池供电，通过一款以恒定电流/恒定电压对单节锂离子电池充电和升压放电控制器——TP5400芯片对输入的3.7V进行升压，给其他模块提供稳定的5V电压输出，而且TP5400的驱动电流可达1A，还可以根据外置的电源指示灯来对锂电池进行充电，充电电流最大可达到1.2A。由于其较国内外同类产品具有极低的空载功耗、纹波、更强的驱动能力，更高的效率。因此选用TP5400作为通讯中继的电源管理芯片。

1.2 主控芯片电路设计

硬件方案设计中，因为信息量比较大，因此我选择了恩智浦公司的一款高配置的ARM单片机LPC1768，LPC1700系列Cortex-M3微控制器的外设组件包含高达512KB的Flash存储器、64KB的数据存储器、以太网MAC、USB主机/从机/OTG接口、8通道的通用DMA控制器、4个UAR7、2条CAN通道、2个SSP控制器、SPI接口、3个IZe接口、2-输入和2-输出的I2S接口、8通道的12位ADC、10位DAC、电机控制PWM、正交编码器接口、4个通用定时器、6-输出的通用PWM、带独立电池供电的超低功耗RTC和多达70个的通用I/O管脚。

1.3 4G网络模块设计

该通讯中继所用的4G模块是中兴微电子的297520平台开发的MZ386，尺寸为30mm*30mm*2.5mm，共80PIN，适用GSM/EDGE/TDS-CDMA/WCDMA/LTE网络，可实现全球漫游。MZ386模块设计了丰富的外围接口和强大的软件支撑平台，非常适合二次开发。4G模块是通过UAR7接口和单片机进行通讯，然后将数据打包发送给后台服务器。

1.4 北斗定位模块设计

该通讯中继所用的北斗定位模块是和芯星通公司开发的双系统高性能GNSS模块——UM220-ⅢN。该北斗定位模块能够同时支持BD2B1、GPSL1两个频点。UM220-ⅢN外形尺寸紧凑，采用SMT焊盘，支持标准取放及回流焊接全自动化集成，尤其适用于低成本、低功耗领域。UM220-ⅢN模块同样是通过UART接口和单片机进行通讯，将定位信息发送给MCU，MCU再通过4G模块发送给后台进行显示。

2 软件设计

软件流程图如图1：首先单片机上电，初始化各个引脚、外部时钟、定时器、串口通讯、4G模块、北斗模块，当服务器收到MCU通过4G模块发送的数据，则命令MCU发送北斗的定位信息和智能腕表的数据，如果没有则进入定时器中断函数等待下一次请求，同时MCU向智能腕表请求数据，如果智能腕表收到该命令，则会将消防员当前的生命体征数据通过433M发送给通讯中继。

3 总结

经过多次试验，反复调试，最后各部分能够稳定工作，通讯一切正常，满足行业所需的要求，并且可以大批量投入使用。与行业其他产品相比，本文所设计的通讯中继能够有效并及时的将智能腕表中采集的数据和北斗定位数据发给后台，使得后台监测能够及时的获得消防员的信息，并且十分可靠，深得厂家的信赖。

参考文献

[1]唐传高.单兵定位系统设计与研究[D].合肥工业大学，2017.

[2]楊树峰，隋虎林，李志刚.消防员生命体征监测系统设计与实现[J].消防科学与技术，2014，33（03）：314-317.

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