基于北斗定位的弱势群体安全与健康检测预警系统

2019-03-29乔淋伟王敬茹吴健

科学与技术 2019年9期

乔淋伟王敬茹吴健

摘要：近年来，随着我国人口的老龄化和二胎政策的放开，我国人口弱势群体比重明显增加。鉴于此种情况，本文主要介绍了基于北斗实时定位及无线传输系统的人体健康安全监测及智能报警系统。该设计通过人体健康监测器实现对人体体温、心率、心跳等健康指标的监测，以判断人体健康状况。此系统不仅可以作为家庭健康监测系统使用，也可应用于病人健康及安全监护方面使用。

关键词：北斗实时定位；弱势群体；健康监测；无线传输

1 引言

近年来，随着我国人口的老龄化和二胎政策的放开，我国人口弱势群体比重明显增加，而其子女父母由于自身的工作和职责往往难以给与他们充分的照顾。我国自主研发的北斗卫星定位系统，具有自主产权和维护成本低的优势，目前已经向中国及周边地区提供连续的导航定位和授时服务，预计在2020年左右将成覆盖全球的导航系统。鉴于此种情况，本文介绍了基于北斗实时定位及无线传输系统，结合腕带式脉搏传感器、红外体温传感器ML.X90615采集信号经单片机等，对处理后健康安全数据通过网络端进行上传的人体健康安全监测及智能报警系统。此系统所采用设备，体积小，使用方便，测量精度较高可以同时对人体体温、脉搏进行监测，并由检测端利用北斗系统上传至网络，可以供佩戴者及其家人利用手机和电脑客户端进行随时查看；此外基于北斗实时定位定位及无线传输功能可以及时对发现健康或危险问题的客户端的预警及求救信息发送给其监护人或相关急救部门。

2 方案分析

该设计通过人体健康监测器实现对人体体温、心率、心跳等健康指标的监测，以判断人体健康状况。在日产生活工作中可以随时将佩戴者的健康情况反馈给佩戴着及其监护人，若出现各项指标不符合健康要求，则检测器将进行健康报警。北斗卫星接受报警信号并将信号视其紧急程度将突发情况发送给第一紧急联系人、第二紧急联系人、第三紧急联系人、120救护中心等，以此在最短的时间内实现随时随地对弱势群体身体健康监测和紧急救助。

2.1 人体健康监测器的结构设计

系统采用MC9S12XS128MAL单片机作为主控制器，同时对人体的心率、心跳、体温等进行监测。该方案可实时有效的显示监测参数，并可达到系统设计要求的各项指标精度监测，故方案切实可行。

2.2 各部分电路模块基本设计原理

该设计方案分为5个主要部分，分别由MC9S12XS128MAL单片机主控部分、温度检测部分、心率检测部分、显示模块及健康报警部分组成。

（1）MC9S12XS128MAL单片机主控部分

MC9S12XS128是16位单片机，由16位中央处理单元（CPU12X）、128KB程序Flash（P-lash）、8KB RAM、8KB数据Flash（D-lash）组成片内存储器。主要功能模块包括：

内部存储器、内部PLL锁相环模块、2个异步串口通讯SCI、1个串行外设接口、MSCAN模块、1个8通道输入/输出比较定时器模块TIM、周期中断定时器模块PIT、16通道A/D转换模块ADC、1个8通道脉冲宽度调制模块PWM、输入/输出数字I/0口。

（1）体温监测部分

体温监测部分通过DS18B20温度传感器，以便直接读取被测温度。同时，根据实际情况通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需一根口线，温度变换功率来源于数据总线，总线本身可向所挂接的DS18B20供电，故无需额外电源。

（2）心率测量部分

装置利用单片机计数，计数过程利用编程控制。计每10秒脉冲个数乘以6即得心率，显示部分每10，秒更新一次，即可得人体此时心率大小。

（3）超限报警部分

装置采用发光二极管作为上下线超常报警指示灯，并向卫星发出报警信号。地面控制室接受卫星数据，通过计算机系统计算整理，综合所有的卫星信息，得到报警点精确位置并获得最佳的救援路线。操作人员或者计算机通过北斗导航系统向第一紧急联系人、第二紧急联系人、第三紧急联系人、120救护中心发出求助指令。同时，被救人可通过自身监测器身体健康状况，并将其通过信号传输给北斗导航卫星。地面控制室也通过北斗导航卫星获得被救人的方位、行驶情况等，从而实现及时、高效对被救人进行救助。

3 技术路线

在求救装置控制程序中，求救装置接收GPS模块发出的定位数据，从$GPRMC语句从提取自身的经纬度信息，存储在单片机内。出现报警信号时，便可发出含有自身位置信息的求救信号。以上功能所涉及的软件功能有：总线频率设置（PLL模块）；外部中断控制（IRQ模块）；串口数据收发（SCI模块）；从$GPRMC语句中提取经纬度信息。

3.1 总线频率设置（PLL模块）

MC9S12XS128MAL单片机中有四个不同的时钟，即外部晶振时钟、锁相环时钟、总线时钟和内核时钟。目前电路采用的是16MHz的外部晶振，默认配置下，锁相环时钟为32MHz，总线时钟为8MHz，内核时钟为16MHz。通过将PLLSEL寄存器置位，可选择总线频率从锁相环时钟获得，而锁相环时钟与外部晶振时钟的关系由SYNR、REFDV两寄存器决定。

通过相关寄存器的设置，将总线时钟超频到了16MHz，在该频率下，单片机可以稳定工作，同时也保证了数据处理的实时性。

3.2 外部中断控制（IRQ模块）

MC9S12XS128MAL單片机的PE1为外部中断引脚，使用时需要对IRQCR寄存器的IRQE位和IRQEN位进行设置，分为以下两种情况：

若IRQE=1，当PE1引脚上出现下降沿时，会触发外部中断；若IRQE=0，当PE1引脚上出现低电平时，会触发外部中断。

若IRQEN=1，PE1引脚上的外部中断使能；否则，PE1引脚的外部中断将无法触发。

3.3 串口收发数据（SCI模块）

MC9S12XS128MAL单片机有两个串行通信接口，分别为SCI0和SCI1。使用时，则需要分别进行初始化设置。

3.4 从$GPRMC语句中提取经纬度信息

这一部分主要是对保存的GPRMC语句进行分析，搜寻关键语句段，进行分析，并生成待发送的短信内容。

总结：

北斗实时定位及无线传输系统及互联网+医疗无疑是当下前景不错的两个研究领域，是随着时代发展而逐步发展的前沿领域。在接下来的学习研究过程中希望能够进一步对本系统进行完善，充分利用更为成熟的北斗系统，真正做一款实用的人体健康安全监测及报警系统。

参考文献