江蘇海洋大學(xué)電子工程學(xué)院 劉裕陽

西北農(nóng)林科技大學(xué) 康智薇

江蘇海洋大學(xué)電子工程學(xué)院 李 成

本課題利用STM32單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)了一個(gè)移動(dòng)智能遠(yuǎn)程老人防走失及心率監(jiān)護(hù)報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有當(dāng)檢測(cè)到老人活動(dòng)超出監(jiān)護(hù)人設(shè)定的范圍時(shí)或長(zhǎng)時(shí)間滯留某地時(shí)，系統(tǒng)立即向監(jiān)護(hù)人發(fā)送報(bào)警短信、定位，打開關(guān)閉循環(huán)語音求助等功能。監(jiān)護(hù)人可以通過發(fā)送短信的方式來控制系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的功能，如提取老人目前位置信息、打開關(guān)閉語音報(bào)警、讀取心率數(shù)據(jù)等。

中國已經(jīng)步入老齡化社會(huì)，老人的安全問題亟待解決。盡管國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)雖有較大突破但成本也較高，老人走失以及健康問題大部分出現(xiàn)在貧窮家庭。所以本系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能夠使用較低的成本實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。

1 系統(tǒng)總設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)包括主控模塊、遠(yuǎn)程通信模塊、實(shí)時(shí)定位模塊、心率監(jiān)測(cè)模塊、語音路人求助模塊、長(zhǎng)時(shí)間滯留模塊、超范圍報(bào)警模塊。監(jiān)護(hù)人與本系統(tǒng)通過移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程通信，系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

硬件部分主要包括主控模塊、遠(yuǎn)程通信模塊、實(shí)時(shí)定位模塊、心率監(jiān)測(cè)模塊、語音路人求助模塊、長(zhǎng)時(shí)間滯留模塊、超范圍報(bào)警模塊。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)圖

2.1 主控模塊

主控模塊是移動(dòng)智能遠(yuǎn)程老人防走失及心率監(jiān)護(hù)報(bào)警系統(tǒng)的核心，通過遠(yuǎn)程通信模塊向監(jiān)護(hù)人發(fā)出防走失報(bào)警模塊、心率監(jiān)測(cè)模塊、實(shí)時(shí)定位模塊、長(zhǎng)時(shí)間滯留模塊所采集的數(shù)據(jù)或者接收監(jiān)護(hù)人命令。主控模塊接收并處理完用戶命令后，向各個(gè)模塊發(fā)出命令，執(zhí)行用戶指令。同時(shí)主控模塊包括自動(dòng)報(bào)警功能，內(nèi)置程序可以使其判斷識(shí)別被監(jiān)護(hù)人的心率是否異常，活動(dòng)距離是否超出范圍，當(dāng)異常報(bào)警時(shí)，并向遠(yuǎn)程通信模塊發(fā)送指令，使得監(jiān)護(hù)人收到報(bào)警短信。

2.2 超范圍報(bào)警模塊

當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到老人活動(dòng)超出監(jiān)護(hù)人設(shè)定的范圍時(shí)，系統(tǒng)立即向監(jiān)護(hù)人發(fā)送超出活動(dòng)范圍報(bào)警短信，監(jiān)護(hù)人通過發(fā)送短信的方式來控制系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的功能，例如遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)提取老人目前位置信息、關(guān)閉語音報(bào)警、重新開始活動(dòng)范圍檢測(cè)等。

2.3 長(zhǎng)時(shí)間滯留報(bào)警模塊

該模塊由定時(shí)器與實(shí)時(shí)定位組成，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到老人超出預(yù)設(shè)時(shí)間滯留某地時(shí)，系統(tǒng)立即向監(jiān)護(hù)人發(fā)送長(zhǎng)時(shí)間滯留報(bào)警短信。監(jiān)護(hù)人可根據(jù)短信的提示回復(fù)相應(yīng)的指令信息提取老人目前位置信息。

2.4 實(shí)時(shí)定位模塊

使用國產(chǎn)芯片ATGM336H，北斗GPS雙定位，精確度更高。本系統(tǒng)將根據(jù)GPS相關(guān)通信協(xié)議，從定位信息中提取經(jīng)緯度坐標(biāo)。當(dāng)用戶發(fā)生意外后，系統(tǒng)會(huì)發(fā)告警信息給監(jiān)護(hù)人，監(jiān)護(hù)人可遠(yuǎn)程發(fā)“提取經(jīng)緯度”控制指令給系統(tǒng)，系統(tǒng)接到指令后會(huì)從GPS模塊中提取用戶的經(jīng)緯度坐標(biāo)回傳給監(jiān)護(hù)人，以確定用戶的實(shí)時(shí)精確位置，協(xié)助監(jiān)護(hù)人實(shí)施救助。

2.5 語音播報(bào)模塊

語音播報(bào)模塊使用的是BY8301-16P作為MP3，其采用BY8301-QSOP24 MP3芯片，內(nèi)置SPI-FLASH作為存儲(chǔ)介質(zhì)。并且內(nèi)置3W功放，可以直接驅(qū)動(dòng)3W的喇叭。語音播報(bào)子模塊當(dāng)接收?qǐng)?bào)警信息后語音模塊發(fā)出報(bào)警。

2.6 遠(yuǎn)程通信模塊

遠(yuǎn)程通信模塊使用的是SIM800C模塊，可以低功耗進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。SIM800C模塊在初始化后設(shè)置握手指令，然后設(shè)置新消息提醒。當(dāng)新消息到來后，系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)提示讀取短信。然后對(duì)短信與預(yù)先設(shè)定好的信息內(nèi)容進(jìn)行比較，觀察是否在設(shè)定好內(nèi)容里，如果存在，就執(zhí)行短信里面的指令，如果不存在，就忽略不處理。

2.7 心率監(jiān)測(cè)模塊

心率監(jiān)護(hù)模塊使用的是MAX30102，是一個(gè)集成的脈搏血氧測(cè)量和心率監(jiān)測(cè)模塊。通過透光率的變化來進(jìn)行脈搏檢查，檢測(cè)老人是否心率異常，如果檢測(cè)的數(shù)據(jù)超過預(yù)設(shè)值，系統(tǒng)就會(huì)向監(jiān)護(hù)人發(fā)送報(bào)警短信。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)上電或者復(fù)位開始運(yùn)行，首先需要初始化單片機(jī)的時(shí)鐘，與功能模塊的通信方式以及原始數(shù)據(jù)的賦值。當(dāng)心率傳感器監(jiān)測(cè)到老人心率異常或者實(shí)時(shí)定位模塊監(jiān)測(cè)到老人活動(dòng)距離超出范圍時(shí)，主控系統(tǒng)通過遠(yuǎn)程通信模塊向監(jiān)護(hù)人發(fā)出報(bào)警短信。監(jiān)護(hù)人手機(jī)收到報(bào)警短信時(shí)，可以通過發(fā)送短信的方式來控制系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的功能，，比如遠(yuǎn)程打開語音模塊、提取經(jīng)緯度、讀取心率數(shù)據(jù)等。移動(dòng)智能遠(yuǎn)程老人防走失及心率監(jiān)護(hù)報(bào)警系統(tǒng)主程序流程圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)主程序流程圖

GSM移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的無縫覆蓋能讓監(jiān)護(hù)人遠(yuǎn)程無時(shí)無刻都知道到老人所在的位置信息和心率健康情況。當(dāng)老人心率異常時(shí)或者活動(dòng)超出范圍時(shí)，監(jiān)護(hù)人能在最短時(shí)間采取救助措施例如撥打120，同時(shí)使用語音模塊還能向周圍群眾請(qǐng)求幫助，將老人遇到危險(xiǎn)時(shí)所受到的傷害降至最低。