社區(qū)矯正定位腕帶的設計與實現(xiàn)

彭 杰，馮方亮，王成波，張秋鎮(zhèn)，崔立偉

（中網道科技集團股份有限公司，廣東 廣州 510670）

0 引 言

社區(qū)矯正是與監(jiān)獄矯正相對的行刑方式，針對被判處管制、緩刑、假釋以及監(jiān)外執(zhí)行的四類犯罪對象實施的非監(jiān)禁刑罰執(zhí)行活動。為了加強對社區(qū)矯正對象的監(jiān)管，提升社區(qū)矯正管理人員的技防手段，社區(qū)矯正定位腕帶產品應運而生。社區(qū)矯正定位腕帶是“智慧矯正”個人類裝備的一種；對社區(qū)矯正對象進行7×24小時監(jiān)控的電子終端，綜合運用無線通信、定位以及傳感器等技術，對社區(qū)矯正對象的位置及活動進行監(jiān)管。相對監(jiān)獄矯正而言，社區(qū)矯正有利于罪犯融入社會、回歸社會，同時也有利于降低國家的刑罰執(zhí)行成本，創(chuàng)新刑罰理念[1-2]。

1 社區(qū)矯正定位腕帶的功能組成

社區(qū)矯正定位腕帶設計應考慮通信、定位、報警、電源以及可靠性等，如圖1所示。其中，通信模塊利用無線通信與后臺服務器通信，可采用2G/3G/4G/5G/NB-IoT/衛(wèi)星傳輸?shù)纫环N或多種移動通信制式；定位模塊應能實現(xiàn)室內與室外定位，室內可采取運營商的LBS定位和WiFi定位，室外可采用衛(wèi)星定位，并通過A-GNSS輔助衛(wèi)星定位加快定位速度；報警模塊在特定事件發(fā)生時產生報警信號，如拆卸表帶、越過電子圍欄、終端無信號離線、電量過低或終端關機，并將事件儲存或上報到后臺服務器；定位腕帶需要社矯對象7×24小時佩戴，不得拆卸更換，因此需配備可充電電池，滿足長時間佩戴使用；定位腕帶還需滿足基本的防護等級，如滿足IP68防水需求、防暴力拆卸大于350 N的整體抗拉力等[3]。

圖1 社區(qū)矯正定位腕帶功能組成

2 社區(qū)矯正定位腕帶硬件的設計與實現(xiàn)

定位腕帶可采用圖2所示的電路結構。CPU內部集成射頻收發(fā)機以及基帶處理模塊，射頻前端模塊（FEM）集成了天線開關和功率放大器；GNSS衛(wèi)星定位電路由GNSS射頻收發(fā)芯片、低噪放（LNA）以及聲表濾波器（SAW）組成，LNA和SAW主要為了降低接收鏈路噪聲系數(shù)、提升接收靈敏度性能和抑制帶外噪聲，CPU通過串口讀取GNSS芯片的定位輸出信息；WiFi電路采用高集成度的單芯片解決方案，通過串口與CPU通信[4-5]。

圖2 社區(qū)矯正定位腕帶電路結構

用戶通過按鍵可以進行開機、點亮屏幕、菜單選擇和用戶界面的切換等操作；通過顯示屏可獲取定位腕帶的當前信息，包括網絡狀態(tài)、日期、時間、告警狀態(tài)以及短消 息等。

傳感器可采用如加速度傳感器（G-sensor）、溫度傳感器（T-sensor）、集成距離感應、光感應和心率檢測一體的心率傳感模組等，傳感器與CPU之間通過SPI或I2C通信；加速度傳感器利用如壓電效應等將加速度信息轉換成電壓信息，可以用來判斷定位腕帶的運動狀態(tài)是否發(fā)生改變，統(tǒng)計步數(shù)、智能省電以及輔助判斷定位位置是否漂移等；溫度傳感器利用半導體器件的溫度-電流曲線，計算當前溫度值，用于監(jiān)控充電溫度，當充電溫度過高時停止充電，保證電池使用的安全性；心率模組集成了距離感應、光感應和心率傳感器，利用光電效應檢測距離、利用反射光強度隨血液濃度周期變化的特性測量心率，心率模組包含光發(fā)射器、光電二極管和模擬前端以及信號處理等電路，測量信息可以用來輔助判斷表帶佩戴狀態(tài)以及用戶的心理狀態(tài)分析等[6]。

定位腕帶通過檢測表帶回路電平以及心率傳感器的狀態(tài)來判斷表帶是否被拆卸，表帶拆卸時主控CPU的I/O管腳會檢測到高低電平轉換，再通過檢測佩戴者心率是否異常，就能有效判斷出表帶是否被拆卸；定位腕帶通過檢測電池兩端電壓，再根據(jù)電池的電壓-電量曲線推算出當前電池電量，當電量低于閾值電量時產生告警事件，提醒用戶充電，并將事件上傳至后臺[7]。

定位腕帶表帶可通過埋鋼片、FPC等方式，并用電路連接表帶與表殼，以加強整體的抗拉力；采用防水按鍵、密封圈、點膠等方式加強防水性能。

電源模塊包含可充電的鋰電池、充電電路以及主控芯片內部的電源管理電路（PMU）等，用于鋰電池的充放電管理、電源產生及管理[8-9]。

3 社區(qū)矯正定位腕帶軟件及平臺接入的設計與實現(xiàn)

定位腕帶運行于芯片平臺的操作系統(tǒng)上，如MTK的Nucleus，其軟件平臺架構如圖3所示，主要有以下幾個模塊：

圖3 軟件平臺架構

（1）Remote MMI，遠程人機界面，在PC端利用AT命令通過串口與協(xié)議棧通信；

（2）MMI，即人機界面，實現(xiàn)了人機交互功能；

（3）L4層，將底層驅動和協(xié)議棧封裝起來，提供與MMI和Remote MII的通信接口；

（4）Driver，驅動層，支持外圍設備的監(jiān)控功能，如顯示、按鍵、SIM卡等；

（5）PS/L1，GSM協(xié)議棧，提供移動終端與無線網絡的通信交互功能；

（6）Nucleus OS，實時操作系統(tǒng)，主要提供隊列、事件組、動態(tài)內存管理、定時管理以及中斷管理等服務。

軟件開發(fā)包括驅動、UI界面以及業(yè)務邏輯開發(fā)；驅動包括顯示屏、FEM、WiFi、GPS以及傳感器等硬件驅動；UI顯示包括開機界面、待機界面、信息界面以及工程模式界面等；業(yè)務邏輯主要包括時間校對、定位、事件狀態(tài)檢測以及信息上報等。終端可通過運營商接入平臺與司法定位平臺對接，或者直接與司法定位平臺對接；通信協(xié)議可采用TCP/UTP/HTTP/CoAP/MQTT等。社區(qū)矯正定位系統(tǒng)框架如圖4所示。

圖4 社區(qū)矯正定位系統(tǒng)框架

4 結 語

文章對社區(qū)矯正定位腕帶的功能以及軟硬件實現(xiàn)進行了分析描述，定位腕帶是社區(qū)矯正定位系統(tǒng)的重要組成部分，其室內外定位、防拆以及防水功能可有效實現(xiàn)對社區(qū)矯正對象的監(jiān)督管理，確保社區(qū)矯正嚴格執(zhí)行[10]。