基于物聯(lián)網的智能呼救系統(tǒng)的設計與實現(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)網的智能呼救系統(tǒng)。本系統(tǒng)由呼救器持有端和手機定位端兩部分構成，呼救器持可檢測摔倒信息，可通過GSM模塊將GPS采集到的經緯度信息發(fā)送給指定的手機上;手機持有端定位軟件可輸入傳回的經緯度信息，通過地圖顯示，從而為實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備來預防緊急突發(fā)事件。

【關鍵詞】物聯(lián)網技術;智能呼救;GPS定位;LPC1114

1.概述

物聯(lián)網，是指在計算機互聯(lián)網的基礎上，利用射頻識別（RFID）裝置、紅外感應器、激光掃描器、全球定位系統(tǒng)等信息傳感設備和網絡通信技術，按照約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網連接起來，進行信息交換和通信，實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控、和管理的一種網絡[1]。其包含兩層意思：第一，物聯(lián)網的核心和基礎仍然是互聯(lián)網，是在互聯(lián)網基礎上的延伸和擴展的網絡;第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信[2]。物聯(lián)網是繼計算機、互聯(lián)網之后的世界信息領域的第三次革命，具有劃時代的意義。

針對國內日益增長的空巢老人，如果老人獨自在家不慎發(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)網技術給老人們配備智能呼救器用于應對緊急情況的報警，以及我們能夠及時定位救援，這也是當前醫(yī)療呼救體系的發(fā)展趨勢。

2.基于物聯(lián)網的智能呼救系統(tǒng)的構建和構架

本項目的研究目的是結合GPS技術與GSM技術，構建智能醫(yī)療呼救系統(tǒng)，系統(tǒng)架構如圖2.1所示。

圖2.1 系統(tǒng)整體架構

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定位端兩部分構成。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緯度。若檢測摔倒事件已發(fā)生，調用地理位置采集模塊中的位置信息，通過串口給數據傳輸模塊發(fā)送指令，此時本系統(tǒng)就可通過數據傳輸模塊給預定的手機發(fā)送帶有呼救器持有者所在地經緯度的短信（程序流程如圖2.2所示）。手機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)各部分可實現(xiàn)的功能和指標如表2-1所示：

表2-1 系統(tǒng)功能與指標

系統(tǒng)功能 指標

信息監(jiān)測及勘誤模塊 使用水銀開關監(jiān)測老人是否摔倒，摔倒后進行報警請求（蜂鳴器鳴叫），此時需要使用者自己進行判斷是否需要報警

數據傳輸 GSM模塊可成功根據單片機發(fā)送的AT指令發(fā)送指定的短信。

地理位置信息采集 GPS可以實時進行定位操作，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，根據需求監(jiān)測和控制指定的引腳，同時還能將各種信息進行整合，完成AT指令幀的更新。

定位軟件 輸入經緯度坐標之后，調用谷歌地圖的API開放接口，顯示地理位置信息。

3.系統(tǒng)設計方案

（1）硬件模塊設計

①信息監(jiān)測模塊

本模塊采用水銀開關制作而成，當水銀開關發(fā)生傾斜時可以產生電平轉變，從而使我們控制模塊的引腳產生異常中斷，從而進入報警狀態(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 單片機系統(tǒng)，電路如圖3.1所示。

③數據傳輸模塊

GSM模塊選擇SIM300B模塊，本模塊和GPS協(xié)調使用，接受控制模塊發(fā)送的AT命令，將GPS采集的經緯度和報警信息以短信的形式發(fā)送到指定的手機上，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，最小系統(tǒng)設計電路如圖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 中斷服務函數流程圖

（2）硬件程序設計

系統(tǒng)程序總體設計流程如圖3.4所示：

本套系統(tǒng)中涉及了傳感器電平翻轉檢測及自動勘誤、GPS數據幀分析、GSM調用指令發(fā)送三部分。

①傳感器電平翻轉檢測及自動勘誤：

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

勘誤程序寫在主函數中，在主函數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)先級高于主程序運行），send_flag被賦值2;若send_flag為2，調用Send_Help（）函數給GSM下達指令，報警短信被發(fā)送，同時send_flag賦值為0，關閉蜂鳴器取消報警狀態(tài);若send_flag為0，無操作。

②GPS數據幀分析：

GPS數據是通過串口回傳的，所以我們通過串口中斷服務函數進行GPS數據幀的分析，流程如圖3.5所示。

③GSM調用指令發(fā)送：

控制模塊通過調用UART_send（）函數給串口發(fā)送數組，先設置信息發(fā)送方式，然后設置預定手機號，最后發(fā)送含有經緯度信息的報警短信，通過UART_send_byte（）函數發(fā)送結束標志，短信息發(fā)送成功。

（3）手機軟件程序設計

手機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，我們可以對地圖進行縮放操作，這樣讓地圖更靈活，更方便的運行在大屏幕的手機上，符合當前智能手機的發(fā)展趨勢。

此外，本軟件還應具有以下功能如：①輸入內容的判斷（正確的經緯度格式）;②在地圖上對所查詢地點的標記顯示;③點擊地點標記獲取地點的文本詳細信息;④對網速差而不能定位或獲取地點信息的情況進行提示

4.結論

本文提出了智能呼救系統(tǒng)的基本設計方案，包括手持呼救系統(tǒng)以及手機定位軟件平臺設計。實際應用驗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，GPS能自動回傳定位的經緯度信息，GSM模塊能準確的將經緯度信息發(fā)給指定的手機，手機定位軟件能夠調用谷歌地圖API接口，通過經緯度輸入顯示地圖，還有放大縮小地圖等功能。

參考文獻

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本論文來源為青島農業(yè)大學大學生創(chuàng)新項目。

作者簡介：王文剛（1992—），男，山東臨沂人，大學本科，研究方向：物聯(lián)網。