基于物联网的智能呼救系统的设计与实现

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【摘要】随着中国逐渐步入老龄化社会，空巢老人在家或在外摔倒其子女不能在身边随时提供紧急救助这一现象，本文研究开发了基于物联网的智能呼救系统。本系统由呼救器持有端和手机定位端两部分构成，呼救器持可检测摔倒信息，可通过GSM模块将GPS采集到的经纬度信息发送给指定的手机上;手机持有端定位软件可输入传回的经纬度信息，通过地图显示，从而为实施快速救援提供帮助。本文的研究针对解决老人出现的紧急病情的摔倒救援具有很大的帮助，同时亦可以用于一些高危人群作为一种紧急呼救设备来预防紧急突发事件。

【关键词】物联网技术;智能呼救;GPS定位;LPC1114

1.概述

物联网，是指在计算机互联网的基础上，利用射频识别（RFID）装置、红外感应器、激光扫描器、全球定位系统等信息传感设备和网络通信技术，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，实现智能化识别、定位、跟踪、监控、和管理的一种网络[1]。其包含两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络;第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信[2]。物联网是继计算机、互联网之后的世界信息领域的第三次革命，具有划时代的意义。

针对国内日益增长的空巢老人，如果老人独自在家不慎发病或摔倒无人发现，或者老人在外发病摔倒，外人因害怕被讹而不敢扶，最终都会导致老人因得不到及时救治而造成遗憾。面对其子女不能在身边随时提供紧急救助这一现象，利用便利的物联网技术给老人们配备智能呼救器用于应对紧急情况的报警，以及我们能够及时定位救援，这也是当前医疗呼救体系的发展趋势。

2.基于物联网的智能呼救系统的构建和构架

本项目的研究目的是结合GPS技术与GSM技术，构建智能医疗呼救系统，系统架构如图2.1所示。

图2.1 系统整体架构

图2.2 呼救持有端程序流程图 图2.3 定位软件程序流程图

本系统由呼救器持有端和手机定位端两部分构成。呼救器持有端通过信息监测模块监测到是否存在摔倒的信息，通过对控制模块的编程分析事件是否发生，排除偶然因素，同时本系统的控制模块还可通过地理位置采集模块获取本地的经纬度。若检测摔倒事件已发生，调用地理位置采集模块中的位置信息，通过串口给数据传输模块发送指令，此时本系统就可通过数据传输模块给预定的手机发送带有呼救器持有者所在地经纬度的短信（程序流程如图2.2所示）。手机持有端可以通过我们编写的定位软件（安卓系统），输入短信中传回的经纬度信息，就可查出呼救器持有者的所在位置（程序流程如图2.3所示）。

系统各部分可实现的功能和指标如表2-1所示：

表2-1 系统功能与指标

系统功能 指标

信息监测及勘误模块 使用水银开关监测老人是否摔倒，摔倒后进行报警请求（蜂鸣器鸣叫），此时需要使用者自己进行判断是否需要报警

数据传输 GSM模块可成功根据单片机发送的AT指令发送指定的短信。

地理位置信息采集 GPS可以实时进行定位操作，定时更新位置信息。

控制模块 可成功的分析GPS返回的指令信息帧，根据需求监测和控制指定的引脚，同时还能将各种信息进行整合，完成AT指令帧的更新。

定位软件 输入经纬度坐标之后，调用谷歌地图的API开放接口，显示地理位置信息。

3.系统设计方案

（1）硬件模块设计

①信息监测模块

本模块采用水银开关制作而成，当水银开关发生倾斜时可以产生电平转变，从而使我们控制模块的引脚产生异常中断，从而进入报警状态。

②地理位置信息采集模块

GPS模块采用ATK-NEO-6M-V12模块，本模块可通过串口与控制模块连接，串口波特率选择38400速率，可接入3～5V 单片机系统，电路如图3.1所示。

③数据传输模块

GSM模块选择SIM300B模块，本模块和GPS协调使用，接受控制模块发送的AT命令，将GPS采集的经纬度和报警信息以短信的形式发送到指定的手机上，电路如图3.2所示。

④控制模块

本模块选用LPC1114，该芯片以Cortex-M0为核心处理器，属于32位微控制器，主要面向8、16位微控制器的应用，具有高性能、低功耗、简单指令集和统一编址寻址等优点，最小系统设计电路如图3.3。

图3.1 GPS模块电路

图3.2 GSM模块电路

图3.3 控制模块最小系统电路

图3.4 硬件程序框图

图3.5 中断服务函数流程图

（2）硬件程序设计

系统程序总体设计流程如图3.4所示：

本套系统中涉及了传感器电平翻转检测及自动勘误、GPS数据帧分析、GSM调用指令发送三部分。

①传感器电平翻转检测及自动勘误：

传感器电平翻转及按键取消报警的检测放入引脚中断中，当引脚P1.0产生中断之后给send_flag赋值为1，send_flag是我们勘误时要使用的标识位，同时激活蜂鸣器，当按键被按下（引脚P1.1），需要取消报警状态时，给send_flag赋值为0，同时关闭蜂鸣器。

勘误程序写在主函数中，在主函数给各个引脚初始化之后，加入一个轮询算法，等待中断被处罚，同时不停检测send_flag的值，当send_flag=1时激活蜂鸣器，并且延时1分钟，如果没有按键被按下（中断程序优先级高于主程序运行），send_flag被赋值2;若send_flag为2，调用Send_Help（）函数给GSM下达指令，报警短信被发送，同时send_flag赋值为0，关闭蜂鸣器取消报警状态;若send_flag为0，无操作。

②GPS数据帧分析：

GPS数据是通过串口回传的，所以我们通过串口中断服务函数进行GPS数据帧的分析，流程如图3.5所示。

③GSM调用指令发送：

控制模块通过调用UART_send（）函数给串口发送数组，先设置信息发送方式，然后设置预定手机号，最后发送含有经纬度信息的报警短信，通过UART_send_byte（）函数发送结束标志，短信息发送成功。

（3）手机软件程序设计

手机软件的程序通过继承MapActivity中的Activity类，成功引用了Google Map API，把MapView加入到应用中，使得本软件可以成功的显示出地图，在代码中还加入了ZoomControls控件，通过本控件，我们可以对地图进行缩放操作，这样让地图更灵活，更方便的运行在大屏幕的手机上，符合当前智能手机的发展趋势。

此外，本软件还应具有以下功能如：①输入内容的判断（正确的经纬度格式）;②在地图上对所查询地点的标记显示;③点击地点标记获取地点的文本详细信息;④对网速差而不能定位或获取地点信息的情况进行提示

4.结论

本文提出了智能呼救系统的基本设计方案，包括手持呼救系统以及手机定位软件平台设计。实际应用验证表明该智能呼救系统的呼救手持端能正确检测摔倒信息并能自行判断取准，GPS能自动回传定位的经纬度信息，GSM模块能准确的将经纬度信息发给指定的手机，手机定位软件能够调用谷歌地图API接口，通过经纬度输入显示地图，还有放大缩小地图等功能。

参考文献

[1]马卫.基于物联网的智能血压监控系统研究[J].电脑知识与技术，2013（02）：19-21.

[2]张群良.物联网的应用与挑战[J].学术研究，2011（09）：83-88.

[3]LU Shao-fei，WANG Jian-xin，RONG Hui-gui，QIN Zheng.Traffic-prediction-assisted dynamic power saving mechanism for IEEE 802.16e wireless MANs[J].中南大学学报，2013，20（6）.

[4]Lopez，Alfred R.GPS Landing System Reference Antenna[J].IEEE Antennas & Propagation Magazine.2010，52（1）.

[5]范志强.移动定位呼救器和生理数据采集器的设计与实现[D].2008（06）.

[6]王琴琴，储海盟，李占山.物联网技术在医疗行业的应用[J].信息通信，2012（3）.

[7]张建平.GPS测绘技术定位原理概述[J].酒钢科技，2004（4）.

本论文来源为青岛农业大学大学生创新项目。

作者简介：王文刚（1992―），男，山东临沂人，大学本科，研究方向：物联网。