王文剛 代愛妮 王蕊 孫琳

【摘要】隨著中國逐漸步入老齡化社會(huì)，空巢老人在家或在外摔倒其子女不能在身邊隨時(shí)提供緊急救助這一現(xiàn)象，本文研究開發(fā)了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能呼救系統(tǒng)。本系統(tǒng)由呼救器持有端和手機(jī)定位端兩部分構(gòu)成，呼救器持可檢測(cè)摔倒信息，可通過GSM模塊將GPS采集到的經(jīng)緯度信息發(fā)送給指定的手機(jī)上;手機(jī)持有端定位軟件可輸入傳回的經(jīng)緯度信息，通過地圖顯示，從而為實(shí)施快速救援提供幫助。本文的研究針對(duì)解決老人出現(xiàn)的緊急病情的摔倒救援具有很大的幫助，同時(shí)亦可以用于一些高危人群作為一種緊急呼救設(shè)備來預(yù)防緊急突發(fā)事件。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);智能呼救;GPS定位;LPC1114

1.概述

物聯(lián)網(wǎng)，是指在計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用射頻識(shí)別（RFID）裝置、紅外感應(yīng)器、激光掃描器、全球定位系統(tǒng)等信息傳感設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，按照約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通信，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控、和管理的一種網(wǎng)絡(luò)[1]。其包含兩層意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò);第二，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信[2]。物聯(lián)網(wǎng)是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后的世界信息領(lǐng)域的第三次革命，具有劃時(shí)代的意義。

針對(duì)國內(nèi)日益增長的空巢老人，如果老人獨(dú)自在家不慎發(fā)病或摔倒無人發(fā)現(xiàn)，或者老人在外發(fā)病摔倒，外人因害怕被訛而不敢扶，最終都會(huì)導(dǎo)致老人因得不到及時(shí)救治而造成遺憾。面對(duì)其子女不能在身邊隨時(shí)提供緊急救助這一現(xiàn)象，利用便利的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)給老人們配備智能呼救器用于應(yīng)對(duì)緊急情況的報(bào)警，以及我們能夠及時(shí)定位救援，這也是當(dāng)前醫(yī)療呼救體系的發(fā)展趨勢(shì)。

2.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能呼救系統(tǒng)的構(gòu)建和構(gòu)架

本項(xiàng)目的研究目的是結(jié)合GPS技術(shù)與GSM技術(shù)，構(gòu)建智能醫(yī)療呼救系統(tǒng)，系統(tǒng)架構(gòu)如圖2.1所示。

圖2.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

圖2.2 呼救持有端程序流程圖 ? 圖2.3 定位軟件程序流程圖

本系統(tǒng)由呼救器持有端和手機(jī)定位端兩部分構(gòu)成。呼救器持有端通過信息監(jiān)測(cè)模塊監(jiān)測(cè)到是否存在摔倒的信息，通過對(duì)控制模塊的編程分析事件是否發(fā)生，排除偶然因素，同時(shí)本系統(tǒng)的控制模塊還可通過地理位置采集模塊獲取本地的經(jīng)緯度。若檢測(cè)摔倒事件已發(fā)生，調(diào)用地理位置采集模塊中的位置信息，通過串口給數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送指令，此時(shí)本系統(tǒng)就可通過數(shù)據(jù)傳輸模塊給預(yù)定的手機(jī)發(fā)送帶有呼救器持有者所在地經(jīng)緯度的短信（程序流程如圖2.2所示）。手機(jī)持有端可以通過我們編寫的定位軟件（安卓系統(tǒng)），輸入短信中傳回的經(jīng)緯度信息，就可查出呼救器持有者的所在位置（程序流程如圖2.3所示）。

系統(tǒng)各部分可實(shí)現(xiàn)的功能和指標(biāo)如表2-1所示：

表2-1 系統(tǒng)功能與指標(biāo)

系統(tǒng)功能 指標(biāo)

信息監(jiān)測(cè)及勘誤模塊 使用水銀開關(guān)監(jiān)測(cè)老人是否摔倒，摔倒后進(jìn)行報(bào)警請(qǐng)求（蜂鳴器鳴叫），此時(shí)需要使用者自己進(jìn)行判斷是否需要報(bào)警

數(shù)據(jù)傳輸 GSM模塊可成功根據(jù)單片機(jī)發(fā)送的AT指令發(fā)送指定的短信。

地理位置信息采集 GPS可以實(shí)時(shí)進(jìn)行定位操作，定時(shí)更新位置信息。

控制模塊 可成功的分析GPS返回的指令信息幀，根據(jù)需求監(jiān)測(cè)和控制指定的引腳，同時(shí)還能將各種信息進(jìn)行整合，完成AT指令幀的更新。

定位軟件 輸入經(jīng)緯度坐標(biāo)之后，調(diào)用谷歌地圖的API開放接口，顯示地理位置信息。

3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

（1）硬件模塊設(shè)計(jì)

①信息監(jiān)測(cè)模塊

本模塊采用水銀開關(guān)制作而成，當(dāng)水銀開關(guān)發(fā)生傾斜時(shí)可以產(chǎn)生電平轉(zhuǎn)變，從而使我們控制模塊的引腳產(chǎn)生異常中斷，從而進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)。

②地理位置信息采集模塊

GPS模塊采用ATK-NEO-6M-V12模塊，本模塊可通過串口與控制模塊連接，串口波特率選擇38400速率，可接入3～5V 單片機(jī)系統(tǒng)，電路如圖3.1所示。

③數(shù)據(jù)傳輸模塊

GSM模塊選擇SIM300B模塊，本模塊和GPS協(xié)調(diào)使用，接受控制模塊發(fā)送的AT命令，將GPS采集的經(jīng)緯度和報(bào)警信息以短信的形式發(fā)送到指定的手機(jī)上，電路如圖3.2所示。

④控制模塊

本模塊選用LPC1114，該芯片以Cortex-M0為核心處理器，屬于32位微控制器，主要面向8、16位微控制器的應(yīng)用，具有高性能、低功耗、簡單指令集和統(tǒng)一編址尋址等優(yōu)點(diǎn)，最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路如圖3.3。

圖3.1 GPS模塊電路

圖3.2 GSM模塊電路

圖3.3 控制模塊最小系統(tǒng)電路

圖3.4 硬件程序框圖

圖3.5 中斷服務(wù)函數(shù)流程圖

（2）硬件程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)程序總體設(shè)計(jì)流程如圖3.4所示：

本套系統(tǒng)中涉及了傳感器電平翻轉(zhuǎn)檢測(cè)及自動(dòng)勘誤、GPS數(shù)據(jù)幀分析、GSM調(diào)用指令發(fā)送三部分。

①傳感器電平翻轉(zhuǎn)檢測(cè)及自動(dòng)勘誤：

傳感器電平翻轉(zhuǎn)及按鍵取消報(bào)警的檢測(cè)放入引腳中斷中，當(dāng)引腳P1.0產(chǎn)生中斷之后給send_flag賦值為1，send_flag是我們勘誤時(shí)要使用的標(biāo)識(shí)位，同時(shí)激活蜂鳴器，當(dāng)按鍵被按下（引腳P1.1），需要取消報(bào)警狀態(tài)時(shí)，給send_flag賦值為0，同時(shí)關(guān)閉蜂鳴器。

勘誤程序?qū)懺谥骱瘮?shù)中，在主函數(shù)給各個(gè)引腳初始化之后，加入一個(gè)輪詢算法，等待中斷被處罰，同時(shí)不停檢測(cè)send_flag的值，當(dāng)send_flag=1時(shí)激活蜂鳴器，并且延時(shí)1分鐘，如果沒有按鍵被按下（中斷程序優(yōu)先級(jí)高于主程序運(yùn)行），send_flag被賦值2;若send_flag為2，調(diào)用Send_Help（）函數(shù)給GSM下達(dá)指令，報(bào)警短信被發(fā)送，同時(shí)send_flag賦值為0，關(guān)閉蜂鳴器取消報(bào)警狀態(tài);若send_flag為0，無操作。

②GPS數(shù)據(jù)幀分析：

GPS數(shù)據(jù)是通過串口回傳的，所以我們通過串口中斷服務(wù)函數(shù)進(jìn)行GPS數(shù)據(jù)幀的分析，流程如圖3.5所示。

③GSM調(diào)用指令發(fā)送：

控制模塊通過調(diào)用UART_send（）函數(shù)給串口發(fā)送數(shù)組，先設(shè)置信息發(fā)送方式，然后設(shè)置預(yù)定手機(jī)號(hào)，最后發(fā)送含有經(jīng)緯度信息的報(bào)警短信，通過UART_send_byte（）函數(shù)發(fā)送結(jié)束標(biāo)志，短信息發(fā)送成功。

（3）手機(jī)軟件程序設(shè)計(jì)

手機(jī)軟件的程序通過繼承MapActivity中的Activity類，成功引用了Google Map API，把MapView加入到應(yīng)用中，使得本軟件可以成功的顯示出地圖，在代碼中還加入了ZoomControls控件，通過本控件，我們可以對(duì)地圖進(jìn)行縮放操作，這樣讓地圖更靈活，更方便的運(yùn)行在大屏幕的手機(jī)上，符合當(dāng)前智能手機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)。

此外，本軟件還應(yīng)具有以下功能如：①輸入內(nèi)容的判斷（正確的經(jīng)緯度格式）;②在地圖上對(duì)所查詢地點(diǎn)的標(biāo)記顯示;③點(diǎn)擊地點(diǎn)標(biāo)記獲取地點(diǎn)的文本詳細(xì)信息;④對(duì)網(wǎng)速差而不能定位或獲取地點(diǎn)信息的情況進(jìn)行提示

4.結(jié)論

本文提出了智能呼救系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)方案，包括手持呼救系統(tǒng)以及手機(jī)定位軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)。實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證表明該智能呼救系統(tǒng)的呼救手持端能正確檢測(cè)摔倒信息并能自行判斷取準(zhǔn)，GPS能自動(dòng)回傳定位的經(jīng)緯度信息，GSM模塊能準(zhǔn)確的將經(jīng)緯度信息發(fā)給指定的手機(jī)，手機(jī)定位軟件能夠調(diào)用谷歌地圖API接口，通過經(jīng)緯度輸入顯示地圖，還有放大縮小地圖等功能。

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本論文來源為青島農(nóng)業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目。

作者簡介：王文剛（1992—），男，山東臨沂人，大學(xué)本科，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)。