基于物聯(lián)網(wǎng)的智能呼救系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

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，空巢老人在家或在外摔倒其子女不能在身邊隨時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)，是指在計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用射頻識別（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，具有劃時代的意義。

針對國內(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，最終都會導(dǎo)致老人因得不到及時救治而造成遺憾。面對其子女不能在身邊隨時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)對緊急情況的報警，以及我們能夠及時定位救援，這也是當(dāng)前醫(yī)療呼救體系的發(fā)展趨勢。

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)測模塊監(jiān)測到是否存在摔倒的信息，通過對控制模塊的編程分析事件是否發(fā)生，排除偶然因素，同時本系統(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)測及勘誤模塊 使用水銀開關(guān)監(jiān)測老人是否摔倒，摔倒后進(jìn)行報警請求（蜂鳴器鳴叫），此時需要使用者自己進(jìn)行判斷是否需要報警

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)時進(jìn)行定位操作，定時更新位置信息。

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)測和控制指定的引腳，同時還能將各種信息進(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)計方案

（1）硬件模塊設(shè)計

①信息監(jiān)測模塊

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

系統(tǒng)程序總體設(shè)計流程如圖3.4所示：

本套系統(tǒng)中涉及了傳感器電平翻轉(zhuǎn)檢測及自動勘誤、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)檢測及自動勘誤：

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

勘誤程序?qū)懺谥骱瘮?shù)中，在主函數(shù)給各個引腳初始化之后，加入一個輪詢算法，等待中斷被處罰，同時不停檢測send_flag的值，當(dāng)send_flag=1時激活蜂鳴器，并且延時1分鐘，如果沒有按鍵被按下（中斷程序優(yōu)先級高于主程序運(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，報警短信被發(fā)送，同時send_flag賦值為0，關(guān)閉蜂鳴器取消報警狀態(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，最后發(fā)送含有經(jīng)緯度信息的報警短信，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

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。

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)計方案，包括手持呼救系統(tǒng)以及手機(jī)定位軟件平臺設(shè)計。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摔倒信息并能自行判斷取準(zhǔn)，GPS能自動回傳定位的經(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)。