基于S3C2410的人员定位与生命信息系统的研制

摘要：针对对救援人员的生命信息数据和定位数据采集问题，给出一套救援人员生命信息系统的整体设计方案，并且就系统的组成给出了各部分的硬件及软件的具体实现方法．可以完成在一千米内ＧＰＳ心率体温等生命位置信息的无线传输并且在指挥中心显示
关键词：GPS定位；生命信息监测；无线传输；人机界面

1引言

随着我国社会经济的快速发展和城市化进程的不断加快，地震洪水火山滑坡泥石流等各种灾害造成的危害也越来越明显，对社会产生的影响也越来越严重．国家也开始采取一些抗震减灾的政策和一些措施．２００１年４月中国国际救援队正式成立，迄今为止已经参加过４次国际救援活动，各个省份也组织了自己的救援队．但是我国的救援队建设仍处于起步阶段，需要不断的完善．本文通过对救援人员队员生命信息系统的研究，完成对生命信号和定位信息的提取和传输，并设计指挥中心数据处理和显示的人机界面．

２系统总体设计

本方案由硬件系统和软件系统两部分组成. 其中硬件系统由分机和主机两部分组成，即救援人员随身携带设备和中央数据接收以及控制中心平台,分机采用三星32 位多功能、低功耗的嵌入式处理器S3C2410 为控制芯片。有4路传感器能独立采集救援人员的心电、呼吸血氧饱和度和体温等生命信息，并且同时由GPS模块获得定位信息,通过无线通信传送给主机。根据实际应用场所和条件的不同，它由数量不同的分机配以一台或若干台主机组成。分机负责采集救援人员的生命状态信息，并经无线通讯传送给主机。主机接收生命状态信息数据，并经处理将监测数据显示出来,能接收分机回应发射的数据或分机检测到生理参数不正常时自动发出的数据和求救信号将接收到的数据与分机号对应存储同时能确定其位置。软件系统主要是由电子地图、信息管理、信息查询、行动标图、动态态势和和队员动态监控等功能模块组成指挥中心主机端的数据处理和实时显示程序．系统总体框图如图1所示

2.1  硬件设计

分机硬件系统采用模块化设计,由以下子系统构成:1生命状态监测系统;2煤气和化学毒剂探测系统;GPS定位子系统;4无线通信系统构成.由嵌入式处理器控制采集队员的生命状态信号和GPS定位信息,然后通过无线数传电台发送回控制中心主机. 队员生理状态信号包括心率、呼吸、体温、血压等多种信号，借鉴国内外的研制经验，主要选取了心率、呼吸、体温和血氧饱和度四个生理指标作为队员的生命状态信号。GPS OEM板采用GARMIN系列GPS25LVS型OEM板. GPS25LVS是12通道的GPS接收机,可同时跟踪12颗GPS卫星,从而快速的定位.嵌入式处理器采用三星的具有ARM920T 核的采用0.18um制造工艺的32 位多功能、低功耗的嵌入式处理器S3C2410 。分机设计图如图2所示．S3C2410 是韩国三星公司推出的一款高档的,可用于手持设备、智能家电等便携产品开发的嵌入式微处理器.该处理器拥有:独立的16KB指令Cache和16KB数据Cache , MMU,支持TFT的LCD控制器,NAND闪存控制器,3路UART,4路DMA,4路带PWM的Timer ,I/O口,RTC,8路10位ADC ,touch screen接口,2个USB主机,1个USB设备,SD主机和MMC接口,2路SPI. 最高可以运行在203MHz.

 2.1.1 生命信息子系统

生命信息子系统主要是由4个传感器和模数转换芯片组成, 由心率传感器、气敏传感器、肌血氧饱和度传感器和体温传感器等完成.其中气敏传感器用来检测救援队员附近有无煤气和有害化学气体.4路传感器采集生命信息后,经过放大滤波,A/D转换后传送到嵌入式处理器.S3C2410本身具有8路10位的A/D转换功能,但是由于A/D转换需要很强的实时性,虽然系统移植了实时操作系统能够对多任务自动调度,但考虑到系统的稳定性,采用外加A/D转换芯片的方法,A/D转换芯片采用在多路数据采集系统中应用较多的MAX186.串行模数转换器MAX186是一种采用主次逼近型A/D转换技术的单片数据采集器,它将多路转换开关,基准电压源,时钟电路和转换电路集成在一块芯片内,可以方便的与各种微处理器连接,而且需要的外围器件少使用方便.　A/D转换电路如图3所示

2.1.2 定位信息子系统

GPS定位技术就是利用导航卫星进行测时和测距以构成全球定位系统,使用GPS 定位具有观测简便经济效益好的优点,差分后可达到小于5米的定位精度,经过特定的后处理可达到厘米级的定位精度.GPS系统的卫星和地面支撑系统都是由有关国家出资运行的用户接收机也已实现标准化对用户来说只需接收用户接收机的信号就可以了.本系统采用12通道的GARMIN系列GPS25LVS型OEM板. GPS25LVS GPS OEM板输入电压为3.6-6V,定位精度为小于15米, 差分精度小于5米,更新率1秒,定位时间:重新捕获小于2秒, 热启动约15秒,冷启动约45秒.

通过RS-232串口与嵌入式处理器连接,串口输出NMEA－0183版本2.0的ASCⅡ语句. NMEA －0183 格式以“ ＄”开始, 以“ < CR > < L F > ”结束, 主要语句有: GPGGA , GPGLL , GPVTG, GPRMC ,GPZDA , PKODA ,PDODG1 , PKODG7 , GPGSA , GPGSV等, 其中GPGGA 为定位输出语句, 包括时间及定位数据, 应用比较广泛, 其具体格式如下(未采用DGPS) :

＄GPGGA ,  hhmmss (协调世界时UTC) , 111111111 (纬度) , N/ S ( 北/ 南) , yyyy1yyyy ( 经度) , E/ W ( 东/ 西) , x(定位状态) , xx (使用的卫星数) , xxx ( HDOP 值) , 0/ -xxxx (天线高度) , M (单位米) , 0/ - xxx (地理高度) , M(单位米) , 3 hh (校验和) < CR > < L F >．

2.1.3 无线传输子系统

  　考虑到救灾现场多种情况，本系统可实现多种传输方式,如GPRS、数传电台和以太网的方法,还可以扩充ＧＳＭ模块用短消息的方式传送数据到指挥中心，但是一般救灾现场通信基本比较困难，所以系统主要考虑用扩频通信的方式发送生命信息和定位信息．

　系统初步考虑用扩频基带处理芯片Ｗ９３１０来实现生命信息和定位信息的扩频、解扩处理，然后经过射频模块ＷＨＴ９２６１组成一完整的无线扩频系统，传送生命信息和定位信号到指挥中心．如图1所示

3软件部分指挥中心数据处理显示系统

软件系统由电子地图、信息管理、信息查询、行动标图、动态态势和和队员动态监控等功能模块组成，各个模块集成在同一个界面下，他们之间既相互联系又相对独立，综合运用各种数字化信息技术，使救援现场整个范围内资源实现最佳配置，并且可以实时监控所

有救援队员，与硬件系统一起实现了救援队指挥、控制、通信、及后勤保障等功能的一体化，完成救援队员生命信息系统的设计

主要功能如下

１队员位置跟踪功能：接收队员便携设备发送回的ＧＰＳ数据，将队员的实时位置以逐帧列表方式显示队员编号、经维度、速度、方向、时间和日期数据．

２队员生命信息跟踪：接收队员便携设备收集的生命信号数据，与标准生命数据对比，列表显示．异常信号发出警告．

３电子地图标图：将指定队员的定位信息在救援地区二维电子地图上标图．电子地图可以任意缩小放大还原和切换画面．可以正常的轮询和任意标图．

可扩充的功能有辅助指挥决策功能还可以结合ＧＩＳ实现三维电子地图显示，进一步的完整和方便救援工作高效率的展开．软件系统的总体框图如图4所示

4结束语

救援队员生命信息系统综合了ＧＰＳ定位技术、扩频通信技术和嵌入式处理器等先进的技术完成了对救援队员的生命信息监控．在救援现场遇到突发情况或者意外状况时，可以使救援队员在很短时间内收到警报，及时的采取应急措施或者迅速的撤离现场，保证了救援队员的生命安全，最大限度的减少伤亡，保障救援行动的高效进行．同时指挥人员可通过该系统监测队员的位置情况，方便的了解救援进行态势合理的实现人员调度以及指挥管理的自动化和数字化．一定程度上对救援队的现代化建设起积极促进作用．综上所述，本系统能完成预定目标采集救援队员的生命信号和位置数据并且在中心通过人机交互界面显示，是一种先进可行的救援系统．

本文作者创新点:

１.首次将ＧＰＳ差分定位，嵌入式处理器，扩频通信等先进技术应用到救援装备上，综合各种功能模块，实现了系统的集成设计．

２.可以把自己收集到的信息传回指挥中心和队友． 可保持与队友和指挥中心的信息沟通，协同救援能力将明显提高，能增强按上级指挥中心命令或同级救援队员请求实施机动救援的能力，提高反应速度.

3.在指挥中心列表显示各队员的定位和状态信息，方便指挥员总体调度宏观指挥．

参考文献

1 　马忠梅．ＡＲＭ嵌入式处理器结构与应用基础．北京航空航天大学出版社．2003
2　　于永清．无线电收发模块组成的矿工定位与报警系统．国外电子元器件．2005.(10):74
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