羅 勇 陳偉利 江 萍

（吉林建筑大學(xué)，吉林 長春130118）

1 系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案如圖所示，整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括云平臺(tái)的設(shè)計(jì)，Zigbee 系統(tǒng)設(shè)計(jì)，智能手環(huán)的設(shè)計(jì)，手機(jī)APP 設(shè)計(jì)，服務(wù)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)庫以及網(wǎng)頁設(shè)計(jì)。

2 Zigbee 定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在每個(gè)縱向出入口，設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)，通過路由節(jié)點(diǎn)（藍(lán)牙、含WIFI、Zigbee 模塊），可以接收礦井下所有環(huán)境信息和人員生命體征信息。Zigbee 采用電池供電，再斷電情況下也能使用，并且在電量耗盡之前發(fā)出提示警報(bào)，這樣可以應(yīng)對(duì)礦井多變的環(huán)境。

3 智能手環(huán)的設(shè)計(jì)

選用STM32fl03C8T6 作智能手環(huán)的主控芯片，其中需要搭載藍(lán)牙模塊負(fù)責(zé)與手機(jī)連接與手機(jī)APP 通信。對(duì)于心率傳感器我們選用MAX30102，方便測(cè)量工作人員的心率。

手環(huán)上還配有一塊0.96 寸的液晶屏，可以在手環(huán)上顯示心率等健康數(shù)據(jù)。電源設(shè)計(jì)我們選用兩節(jié)CR2032 紐扣電池來供電做為產(chǎn)品初期的能量來源。

4 設(shè)計(jì)手機(jī)APP

手機(jī)APP 主要是實(shí)現(xiàn)手機(jī)和手環(huán)之間傳輸信息，以及手機(jī)和服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)共享。手機(jī)在這里起到一個(gè)橋梁作用，目的是解決手環(huán)和服務(wù)器之間的矛盾點(diǎn)，從而保證火災(zāi)救援和逃生系統(tǒng)正常運(yùn)行，并能夠應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況做出快速的反應(yīng)。

我們把手機(jī)APP 分為正常模式和火災(zāi)救援模式兩種。在正常模式下只顯示佩戴手環(huán)的人的心率和血氧值。

而在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，手環(huán)的救援模式則能夠及時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警并定位受困人員位置，方便消防人員進(jìn)行救護(hù)。同時(shí)，也為受困人員提供逃生路徑，當(dāng)受困人員等待救援時(shí)還可顯示救援進(jìn)度。

5 服務(wù)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

我們使用的芯片的內(nèi)核是ARM Cor-t exA9，芯片型號(hào)為EXYNOS4412，是一款采用了三星的設(shè)計(jì)工藝，是三星的一款四核處理器，有304 個(gè)多功能I/O 端口，164個(gè)存儲(chǔ)引腳，37 組通用口，2 組存儲(chǔ)口。這么多引腳做裸機(jī)開發(fā)的話很難實(shí)現(xiàn)對(duì)引腳的管理和分配，所以我們必須引入一個(gè)操作系統(tǒng)來輔助我們進(jìn)行開發(fā)。

這里我們選用Linux 操作系統(tǒng)，系統(tǒng)具有Linux 進(jìn)程、線程、共享內(nèi)存、和網(wǎng)絡(luò)編程，能夠提高編程效率，系統(tǒng)具有開放性，能夠自由的對(duì)內(nèi)核進(jìn)行修改和裁剪。Linux 還具備獨(dú)立性，能夠?qū)⑼獠吭O(shè)備當(dāng)做文件來看，只要安裝驅(qū)動(dòng)程序就可以使用。Linux具有豐富的網(wǎng)絡(luò)功能，內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)完善，更重要的是還具有良好的可移植性。

6 數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)頁設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫我們采用SQLite3，SQLite3 是一款輕型的數(shù)據(jù)庫，是遵守ACID 的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，它包含在一個(gè)相對(duì)小的C 庫中。它的設(shè)計(jì)目標(biāo)是嵌入式的，而且目前已經(jīng)在很多嵌入式產(chǎn)品中使用了它，它占用資源非常的低，在嵌入式設(shè)備中，可能只需要幾百K 的內(nèi)存就夠了。網(wǎng)頁服務(wù)器我們選擇Boa 服務(wù)器，Boa 是一種非常小巧的Web 服務(wù)器，其可執(zhí)行代碼只有大約60KB 左右。作為一種單任務(wù)Web 服務(wù)器，Boa 支持CGI，能夠?yàn)镃GI 程序fork 出一個(gè)進(jìn)程來執(zhí)行。Boa 的設(shè)計(jì)目標(biāo)是速度和安全。

同時(shí)我們?cè)赪eb 瀏覽器上開發(fā)了一套簡單明了，方便管理和控制的前端用戶平臺(tái)，讓使用人員能夠快速掌握我們整個(gè)系統(tǒng)，讓所有復(fù)雜的算法，操作系統(tǒng)簡單化，適合廣大用戶的使用，這就是我們?cè)O(shè)計(jì)Web 前端的終極目的。

這個(gè)Web 前端就相當(dāng)于一個(gè)總司令一樣控制這整個(gè)系統(tǒng)，系統(tǒng)每個(gè)部分的數(shù)據(jù)都能夠在Web 瀏覽器上顯示、調(diào)用和修改。網(wǎng)頁上包括人員定位顯示、自救與被救，還可以即時(shí)的進(jìn)行逃生路線的規(guī)劃。

7 云服務(wù)器設(shè)計(jì)

云服務(wù)器我們選用阿里云的ECS 服務(wù)器，用來接收各個(gè)子服務(wù)器發(fā)來的數(shù)據(jù)，并處理分析，為每位井下作業(yè)者規(guī)劃最佳逃生路徑。

8 結(jié)論

本系統(tǒng)以“人”出發(fā)，目的是在不可避情況，事故的時(shí)候。最大限度地保證井下作業(yè)者的生命安全，以及在事故發(fā)生后救援的效率最大化。同時(shí)還能有效監(jiān)控防止火災(zāi)的發(fā)生，在源頭上做到安全生產(chǎn)。