一種智能戒毒監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

葉玉婷 章 磊 白青崗

(湖北理工學(xué)院電氣與電子信息工程學(xué)院 湖北 黃石 435003)

0 引 言

目前社會(huì)上主要戒毒方式分為強(qiáng)制性戒毒和自愿性戒毒。截止2016年底，全國共設(shè)立了789個(gè)戒毒藥物維持治療門診(含29輛流動(dòng)服藥車)、600余個(gè)延伸服藥點(diǎn)。但由于各戒毒所往往更注重短期戒毒人員的生理戒斷，卻難以保證其“心理戒斷”，而心理戒斷和康復(fù)由于其周期長、難度大的特點(diǎn)，更是讓高達(dá)百分之九十的復(fù)吸率居高不下[1-3]。

為了更深層次地服務(wù)戒毒人員，本文設(shè)計(jì)了一種集實(shí)時(shí)監(jiān)測、定位、一鍵求助等功能的智能戒毒監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)是基于嵌入式技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)等設(shè)計(jì)開發(fā)的一款新型智能產(chǎn)品，可實(shí)時(shí)監(jiān)測戒毒者的身體狀況信息、位置信息和預(yù)警信息。同時(shí)，通過記錄戒毒人員有規(guī)律的出沒點(diǎn)，利用大數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行行為預(yù)判，戒毒機(jī)構(gòu)可做出相應(yīng)的處理，以減小戒毒人員二次吸毒或參與販毒犯罪的可能性。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)包括智能戒毒手環(huán)、PC端戒毒管理平臺(tái)和手機(jī)管理APP三部分。智能戒毒手環(huán)通過STM32單片機(jī)[4]控制心率傳感器MAX30102[5]和定位通信模塊MC20實(shí)時(shí)監(jiān)測戒毒者的身體狀況信息和位置信息。利用MC20模塊中的GPRS技術(shù)，智能戒毒手環(huán)將相關(guān)監(jiān)測信息和當(dāng)突發(fā)情況發(fā)生時(shí)的預(yù)警信息，實(shí)時(shí)發(fā)送給基于阿里云平臺(tái)[6]開發(fā)的后臺(tái)管理程序。戒毒監(jiān)管人員通過PC端戒毒管理程序或者手機(jī)APP，可實(shí)時(shí)監(jiān)測戒毒者的身體狀況信息，并在收到預(yù)警信息后，實(shí)時(shí)定位戒毒者的地理位置，以提供及時(shí)救助。同時(shí)，利用阿里云平臺(tái)大數(shù)據(jù)服務(wù)功能記錄戒毒人員有規(guī)律的出沒點(diǎn)，后臺(tái)管理程序可對(duì)戒毒人員進(jìn)行行為預(yù)判，以減小戒毒人員二次吸毒或參與販毒犯罪的可能性。

1.1 硬件電路設(shè)計(jì)

經(jīng)研究表明，吸毒時(shí)人的心率加快，體溫下降，因此我們?cè)诮涠臼汁h(huán)上集成了一個(gè)集脈搏血氧儀和心率監(jiān)測儀生物傳感器的MAX30102模塊，以監(jiān)測辨別戒毒人員的身體狀態(tài)。MAX30102采用一個(gè)1.8 V電源和一個(gè)獨(dú)立的5 V用于內(nèi)部LED的電源進(jìn)行供電，并通過IIC通信協(xié)議同STM32F103RBT6單片機(jī)進(jìn)行通信。其電路設(shè)計(jì)原理圖和相應(yīng)的PCB圖如圖2、圖3所示。

圖3 MAX30102模塊電路PCB圖

如圖4所示，在智能戒毒手環(huán)中植入的控制電路中主要包括STM32F103RBT6單片機(jī)、MC20無線定位通信傳輸模塊、MAX30102心率傳感器、電源管理電路和3.3伏降壓電路。當(dāng)佩戴者戴上手環(huán)時(shí)，STM32F103RBT6單片機(jī)通過IIC通信協(xié)議[7]接收MAX30102心率傳感器從佩戴者手腕脈搏處實(shí)時(shí)檢測、傳輸過來的心率、脈搏信息。STM32F103RBT6單片機(jī)再向MC20模塊發(fā)出控制指令，通過MC20模塊中的GPRS功能，利用TCP協(xié)議或UDP協(xié)議將監(jiān)測信息傳送到部署在阿里云服務(wù)器的后臺(tái)管理程序，從而實(shí)時(shí)監(jiān)測戒毒人員的身體狀態(tài)。

圖4 戒毒手環(huán)硬件原理圖

1.2 軟件設(shè)計(jì)

單片機(jī)控制電路的軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖5所示。STM32F103RBT6單片機(jī)[8-9]一方面通過IO口讀取來自MAX30102心率傳感器的心率脈搏信息，另一方面使用串口發(fā)送AT指令控制MC20模塊，并通過串口讀取MC20返回的定位信息。當(dāng)心率脈搏信息超過預(yù)設(shè)的報(bào)警閾值時(shí)或用戶按動(dòng)一鍵報(bào)警信息時(shí)，用AT指令控制MC20模塊的無線透傳功能以指定的格式將上述信息上傳到安裝在云平臺(tái)上的管理程序。安裝在云平臺(tái)上的后臺(tái)管理程序通過百度地圖API，可以在百度地圖上實(shí)時(shí)顯示戒毒手環(huán)佩戴者的定位信息[10]。

2 系統(tǒng)測試

如圖6所示，在系統(tǒng)測試環(huán)節(jié)中，三個(gè)實(shí)驗(yàn)人員分別佩戴三個(gè)智能戒毒手環(huán)。開啟手環(huán)后，手環(huán)將佩戴者的實(shí)時(shí)位置信息和身體狀況信息發(fā)送給PC端戒毒管理中心。當(dāng)佩戴者發(fā)出求救信息時(shí)，在PC端戒毒管理程序能及時(shí)接收到智能戒毒手環(huán)發(fā)送的求救信息，并對(duì)其位置信息進(jìn)行定位，以展開救援。

圖6 定位求救測試圖

如圖7所示，當(dāng)三個(gè)實(shí)驗(yàn)人員如果在同一地點(diǎn)同時(shí)出現(xiàn)3次以上時(shí)，戒毒管理程序也會(huì)發(fā)出預(yù)警信息，以減小戒毒人員二次吸毒或參與販毒犯罪的可能性。

圖7 定位預(yù)警測試圖

3 結(jié) 語

本文設(shè)計(jì)了一種集實(shí)時(shí)監(jiān)測、定位和一鍵求助等功能為一體的智能戒毒監(jiān)測系統(tǒng)。相較于傳統(tǒng)戒毒方式，本文的智能戒毒監(jiān)測系統(tǒng)在安全性、智能性、可追溯性、實(shí)時(shí)性方面都有明顯優(yōu)勢。