復雜環境下基于衛星定位的智能救生衣設計

王馨盛 周桃云 楊柯

【摘 ?要】為實現對海上遇難人員的快速搜救，論文以STM32單片機為控制中心，利用衛星定位模塊、LoRa模塊設計了一套具有定位和求救功能的智能救生系統。該系統分為客戶端、服務端和手機終端三個部分。在大海深處復雜的外部環境下，客戶端救生衣一旦啟用，其能夠將自身的位置信息通過LoRa通信模塊以信號的形式及時發送出去。

【Abstract】In order to realize the rapid search and rescue of the victims at sea， this paper designs a set of intelligent life-saving system with the functions of positioning and calling for help by using the STM32 MCU as the control center， using the satellite positioning module and Lora module. The system is divided into three parts： client， server and mobile terminal. In the complex external environment of the deep sea， once the life jacket of the client is enabled， it can send its own location information in the form of signal through the LoRa communication module in time.

【關鍵詞】STM32單片機;衛星定位;LoRa通信;智能救生衣

【Keywords】STM32 MCU; satellite positioning; LoRa communication; intelligent life jacket

【中圖分類號】TS941.73 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2020）09-0170-02

1 引言

目前，在海洋科考探險活動中，突發狀況下的緊急求救手段比較匱乏，救生衣成為出海人員必備的物品之一。但現有的救生衣存在很多問題，由于救生衣問題而導致的救人失敗或救援人員傷亡的案例時有發生，所以設計一款適用于復雜環境并基于衛星定位的智能救生衣勢在必行[1，2]。

2 智能救生衣的總體設計方案A

本文設計的智能救生衣由客戶端（救生衣）、服務端（救援設備）和手機終端三個部分構成。在大海深處復雜的外部環境下，客戶端救生衣一旦啟用，能夠通過LoRa通信模塊及時將位置信號發送出來。救援人員所在的服務端通過LoRa模塊接收求救者的位置信號之后，將救援人員的位置信息發送到救援人員的手機終端，手機終端將該位置信息在手機的衛星導航定位系統中定位出來，救援人員根據導航路線迅速找到被困者。

客戶端：以STM32單片機為核心，采用GPS模塊獲取位置信息，通過LoRa模塊無線透傳，搭配指示燈、語音播放模塊、緊急救援按鍵。

服務端：以STM32單片機為核心，集成顯示屏，藍牙和LoRa無線透傳模塊接收位置信息。

手機終端：在手機Android系統上制作一款APP，在該APP上根據求救位置信息在衛星導航系統上制定搜救路線。

具體的硬件系統結構圖如圖1所示。

2.1 客戶端的電路設計

客戶端的電路原理如圖2所示。

電源輸出12V電壓經降壓模塊降成5V，連接開關，連接電源指示燈，隨后與單片機相連，單片機PB10、PB11與GPS的RXD、TXD相連，PA6、PA7、PA9、PA10與LoRa的M0、M1、RX、TX相連，PA8接救援指引燈，PA1接緊急救援開關，PA4接救援指引燈，PA5接語音播放模塊。

2.2 服務端的電路設計

服務端的電路原理圖如圖3所示。

電源經過降壓模塊與電源指示燈相連，隨后與單片機相連，單片機USART3與LoRa1相連，USART4與GPS相連，USART2與藍牙相連。

3 智能救生衣的軟件設計

3.1 客戶端的程序設計

客戶端的程序設計流程如圖4所示。

救生衣開始工作，初始化各個模塊，先判斷急救開關是否打開，如果打開則切換成緊急救援信道，沒有打開則切換成默認信道，隨后讀取位置信息，接著檢測服務端位置，成功接收則發送自己的位置信息，然后判斷距離是否小于100m，小于則打開救援指引燈，并開啟語音播報，救援成功則關閉救生衣，未檢測到服務端位置則發送自己的位置信息，延時1s后從救援開關是否打開開始判斷。

3.2 服務端的程序設計

服務端的程序設計流程如圖5所示。

搜救設備開始工作，各個模塊初始化，判斷是否接收到遇難者位置信息，接收成功則在LCD顯示，隨后廣播自己的位置信息，再向手機端發送信息，全部救援成功則結束本次救援，否則重新接收遇難者的位置信息。

3.3 手機終端的程序設計

手機終端的程序設計流程如圖6所示。

打開APP，隨后進行藍牙掃描，未掃描到客戶端則繼續掃描，掃描到客戶端藍牙則開啟新線程處理相關數據，配對該藍牙并建立socket連接，跳轉到視圖界面，隨后阻塞等待接收數據，未接收到數據則繼續等待，接收到數據則進行數據處理并計算相對距離，最后在頁面上以地圖形式呈現目標的相關信息。

【參考文獻】

【1】趙軼惠，傅建橋，薛林.消防專用救生衣的研制[C]//2011中國消防協會科學技術年會論文集.北京：中國科學技術出版社，2011.

【2】劉詩涵，胡立夫，趙秀娟.基于衛星定位的智能水上救生衣系統設計[J].工業儀表與自動化裝置，2019（3）：24-27+39.