趙樹源，盛仕偉，趙知崇，高 偉

（1.大連科技學(xué)院 電氣工程學(xué)院，遼寧 大連 116052；2.大連交通大學(xué) 機(jī)車車輛工程學(xué)院，遼寧 大連 116028；3.中國電信股份有限公司大連分公司，遼寧 大連 116021）

0 引言

海上環(huán)境特殊，如有人員遇險(xiǎn)，無法采用有線通信方式向陸地求救。而移動(dòng)通信信號(hào)只能覆蓋岸邊或近海，因此也不能作為海上求救通信方式。目前海上求救的通信方式以衛(wèi)星通信為主，求救系統(tǒng)采用全球海上遇難與安全系統(tǒng)（Global Maritime Distress and Safety System，GMDSS）。GMDSS 是國際海事組織建立的一種基于衛(wèi)星通信和無線通信技術(shù)的現(xiàn)代化搜尋救助通信系統(tǒng)[1-2]。當(dāng)船舶在海上遇難時(shí)，可以通過GMDSS 向附近的船只或岸站發(fā)送求救信號(hào)。但GMDSS 設(shè)備沉重，需要安裝在船舶上，當(dāng)海上單獨(dú)作業(yè)的船員落水或出現(xiàn)緊急狀況時(shí)無法接觸到GMDSS，此外當(dāng)船舶受損或電力系統(tǒng)出現(xiàn)問題，將導(dǎo)致GMDSS 無法正常工作[3-5]。為了彌補(bǔ)GMDSS 不便于攜帶、無法為船員提供及時(shí)自主救助的缺陷，本文提供一種利用北斗定位結(jié)合衛(wèi)星通信技術(shù)的海上遇險(xiǎn)求救可穿戴式終端，可利用北斗短報(bào)文技術(shù)和衛(wèi)星通信方式向其他船只或陸地救助機(jī)構(gòu)發(fā)送位置信息和求救信號(hào)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)的終端采用電池供電，以低功耗STM32處理器為核心，外圍搭載北斗定位芯片和衛(wèi)星通信芯片，提供救生衣自動(dòng)啟動(dòng)和聲光報(bào)警接口。終端由STM32 控制模塊、北斗定位模塊、衛(wèi)星通信模塊以及生理參數(shù)監(jiān)測模塊4 部分組成。終端由鋰電池供電，STM32 控制模塊實(shí)現(xiàn)信息處理和其他模塊控制，北斗定位模塊提供定位信息并發(fā)送短報(bào)文，衛(wèi)星通信模塊向其他船只和岸站發(fā)送求救信號(hào)，生理參數(shù)監(jiān)測模塊完成船員心率、體溫、呼吸及血氧信號(hào)的采集和分析。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 海上遇險(xiǎn)一鍵求救終端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.2 系統(tǒng)各模塊功能

STM32 控制模塊是終端的核心，完成北斗定位模塊發(fā)送的位置信息采集，控制北斗定位模塊發(fā)送短報(bào)文，控制衛(wèi)星通信模塊傳輸信息，接收生理參數(shù)監(jiān)測模塊發(fā)送的心率、體溫、呼吸及血氧信號(hào)并進(jìn)行分析處理。

北斗定位模塊由UM220-IV 芯片和外圍電路組成。UM220-IV 是一款完全國產(chǎn)化的、小尺寸、高集成度的低功耗北斗定位芯片，支持輔助定位功能，功耗為90 mW，芯片結(jié)構(gòu)如圖2 所示。北斗定位模塊實(shí)現(xiàn)位置信息采集和短報(bào)文功能。

圖2 UM220-IV 結(jié)構(gòu)圖

衛(wèi)星通信模塊由Iridium 9603 平臺(tái)和外圍電路組成。Iridium 9603 是一款適用于陸?？找苿?dòng)市場的通信平臺(tái)，支持銥星SBD 服務(wù)。衛(wèi)星通信模塊實(shí)現(xiàn)求救信號(hào)的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程通信。

生理參數(shù)監(jiān)測模塊的采集模塊實(shí)現(xiàn)船員心率、體溫、呼吸及血氧信號(hào)的采集，并將數(shù)據(jù)傳送給STM32 控制模塊。血氧和心率采集電路如圖3所示。

圖3 血氧和心率采集電路

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)啟動(dòng)后，首先進(jìn)行初始化，待各模塊進(jìn)入正常工作狀態(tài)后，檢測是否有按鍵觸發(fā)求救。如果檢測到有按鍵觸發(fā)，則采集位置信息和生理參數(shù)信息，發(fā)送北斗短報(bào)文，并通過衛(wèi)星通信方式發(fā)送求救信號(hào)。如果未檢測到按鍵觸發(fā)，則實(shí)時(shí)檢測船員的生理信號(hào)，如果發(fā)現(xiàn)心率、體溫、呼吸及血氧數(shù)據(jù)異常則自主啟動(dòng)求救，發(fā)送求救信號(hào)。具體軟件流程如圖4 所示。終端留有預(yù)留接口，當(dāng)系統(tǒng)連接救生衣充氣裝置、聲光報(bào)警裝置等輔助設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)在初始化過程中檢測外接輔助裝置的類型，在按鍵或自主啟動(dòng)求救流程時(shí)，進(jìn)入相應(yīng)子程序，控制輔助裝置工作。

圖4 主程序流程圖

3 結(jié)語

基于北斗定位及衛(wèi)星通信的海上遇險(xiǎn)一鍵求救終端為可穿戴設(shè)計(jì)，由鋰電池供電，采用完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的UM220-IV 北斗定位芯片和覆蓋全球的高穩(wěn)定Iridium 9603 衛(wèi)星通信芯片。終端可以一鍵觸發(fā)求救功能，此外，終端具備生理參數(shù)實(shí)時(shí)采集處理功能，若發(fā)現(xiàn)生理信息異常則自主觸發(fā)求救功能。終端預(yù)留救生衣自動(dòng)充氣和聲光報(bào)警等接口，方便后續(xù)功能擴(kuò)展。此終端具備功能完善、低功耗、易于穿戴等特點(diǎn)，可以有效降低搜救成本，可作為現(xiàn)有GMDSS 系統(tǒng)的備用裝置，在GMDSS 無法啟動(dòng)時(shí)，為船員提供有效的救助。