一種基于物聯(lián)網(wǎng)的救援人員安全防護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)及方法
【專利摘要】一種基于物聯(lián)網(wǎng)的救援人員安全防護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)及方法，包括中央監(jiān)控系統(tǒng)和救援人員終端設(shè)備。中央監(jiān)控系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)和短信通信模塊，短信通信模塊與計(jì)算機(jī)串口連接；所述救援人員終端設(shè)備包括嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備、體位狀態(tài)檢測傳感器模塊、撞擊檢測傳感器模塊、心率檢測傳感器模塊、防護(hù)模塊、安全氣囊保護(hù)服和能量供應(yīng)模塊；如果救援人員遇到重物壓傷、側(cè)翻和跌落時(shí)，可以及時(shí)打開自身所穿戴的安全氣囊保護(hù)服，從而有效保護(hù)救援人員，減少傷害程度；可以在救援人員實(shí)施救援的過程中，利用物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)收集救援人員的身體狀態(tài)，并通過網(wǎng)絡(luò)不間斷地、定時(shí)地向中央監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送救援人員基礎(chǔ)信息、定位信息和安全狀態(tài)信息，中央監(jiān)控系統(tǒng)對這些信息實(shí)時(shí)顯示。
【專利說明】一種基于物聯(lián)網(wǎng)的救援人員安全防護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于物聯(lián)網(wǎng)信息【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)的救援人員安全防護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]物聯(lián)網(wǎng)是物與物、人與物之間信息傳遞與控制的網(wǎng)絡(luò)。其實(shí)質(zhì)是在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上，通過射頻識(shí)別、傳感器網(wǎng)絡(luò)、全球定位系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)等，將物品(商品)與互聯(lián)網(wǎng)相連接，組成一個(gè)覆蓋世間萬事萬物的整合網(wǎng)絡(luò)(Internet Of Things)。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，萬物自動(dòng)識(shí)別和信息共享，按照人們預(yù)先制定的規(guī)范彼此“交流”，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理功能。
[0003]在實(shí)施救援的過程中，救援指揮中心需要即時(shí)的、直觀準(zhǔn)確的了解到救援人員的部署、配置情況及詳細(xì)信息，以便于對整個(gè)救援過程實(shí)施指揮調(diào)度，更好地完成救援任務(wù)。救援人員在救援中很重要的一點(diǎn)就是要保護(hù)好自己，以便更好地實(shí)施救援。救援人員在實(shí)施救援的過程中，面臨著復(fù)雜救援環(huán)境中的眾多危險(xiǎn):1)被落下的重物砸傷、擠傷、摔傷等；
2)任務(wù)重、時(shí)間長的連續(xù)救援行動(dòng)可能使救援人員在心力和體力上過度的消耗，造成救援人員的“耗竭綜合征”；3)生理及心理狀態(tài)的不佳會(huì)致使救援人員在救援過程中的狀態(tài)不佳，甚至發(fā)生事故；4)救援人員在發(fā)生事故而失去自主能力時(shí)無法及時(shí)報(bào)告自身所在的位置。這些未知的事故隨時(shí)都有可能使救援人員處于極度危險(xiǎn)之中，致使救援人員變換角色，成為被搜救人員，不但會(huì)浪費(fèi)大量的人力物力，還會(huì)給被搜救的救援人員造成極大的心理負(fù)擔(dān)。
[0004]有效的防護(hù)措施能有效的降低救援人員的傷害程度，現(xiàn)有的救援人員防護(hù)裝備主要有防護(hù)頭盔、防護(hù)服、GPS手持機(jī)、呼救機(jī)、方位燈、生理特征監(jiān)測設(shè)備等，這些防護(hù)裝備在一定程度上保證了救援人員的人身安全。但這些安全防護(hù)措施主要是被動(dòng)而單一的安全防護(hù)，如防護(hù)頭盔可以保證救援人員的頭部安全，但在發(fā)生事故時(shí)不能保證頸椎及上身其他重要部位的安全；一些專用的防護(hù)服可以對救援人員進(jìn)行有效的保護(hù)，但裝備笨重，不便于穿戴；呼救機(jī)、方位燈等呼救措施要求救援人員在有意識(shí)的情況下才能使用；雖然有部分裝備能夠?qū)仍藛T進(jìn)行定位或生理檢測，但是功能相對單一。救援人員在救援過程本身就要消耗大量的心力和體力，如果再無限制的攜帶裝備，只能給救援人員帶來更加沉重的負(fù)擔(dān)，不便于實(shí)施救援。而且現(xiàn)有的救援人員防護(hù)裝備不能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測救援人員的體能狀態(tài)，而通過對這些狀態(tài)的監(jiān)測可以有效的防止救援人員耗竭綜合征的發(fā)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)的救援人員安全防護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)及方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0007]—種基于物聯(lián)網(wǎng)的救援人員安全防護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)，包括:中央監(jiān)控系統(tǒng)和救援人員終端設(shè)備；
[0008]所述中央監(jiān)控系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)和短信通信模塊，短信通信模塊與計(jì)算機(jī)串口連接;
[0009]所述救援人員終端設(shè)備包括嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備、體位狀態(tài)檢測傳感器模塊、撞擊檢測傳感器模塊、心率檢測傳感器模塊、防護(hù)模塊、安全氣囊保護(hù)服和能量供應(yīng)模塊；
[0010]所述安全氣囊保護(hù)服由救援人員穿戴；
[0011]所述嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備由救援人員隨身攜帶，該設(shè)備包括ARM處理器、GPS定位模塊、程序存儲(chǔ)器、SDRAM內(nèi)存、SD存儲(chǔ)接口、IXD顯示屏、能量供應(yīng)模塊、GPRS無線通信模塊和無線射頻通信模塊；GPS定位模塊、程序存儲(chǔ)器、SDRAM內(nèi)存、SD存儲(chǔ)接口、IXD顯示屏、GPRS無線通信模塊和無線射頻通信模塊均與ARM處理器的I/O端口連接；
[0012]所述體位狀態(tài)檢測傳感器模塊固定在安全氣囊保護(hù)服的腰帶內(nèi)；
[0013]所述撞擊檢測傳感器模塊有多個(gè)傳感器探頭，傳感器探頭分布安裝在安全氣囊保護(hù)服的身體軀干位置；
[0014]所述心率檢測傳感器模塊的兩個(gè)探測端安裝在安全氣囊保護(hù)服的兩個(gè)手腕位置；
[0015]所述防護(hù)模塊與安全氣囊保護(hù)服的氣罐的電磁閥連接；
[0016]所述能量供應(yīng)模塊的各輸出端分別連接體位狀態(tài)檢測傳感器模塊、撞擊檢測傳感器模塊、心率檢測傳感器模塊和防護(hù)模塊；
[0017]所述體位狀態(tài)檢測傳感器模塊、撞擊檢測傳感器模塊、心率檢測傳感器模塊和防護(hù)模塊分別通過無線射頻通信模塊與嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；
[0018]所述救援人員終端設(shè)備通過GPRS無線通信模塊接入互聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)而通過互聯(lián)網(wǎng)與中央監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通信。
[0019]所述中央監(jiān)控系統(tǒng)用于通過互聯(lián)網(wǎng)接收來自嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備的數(shù)據(jù)，對救援人員進(jìn)行身份識(shí)別、跟蹤定位、安全狀態(tài)監(jiān)控、救援人員體力耗竭狀態(tài)監(jiān)控和救援小組體力耗竭數(shù)據(jù)處理。
[0020]所述短信通信模塊用于將計(jì)算機(jī)的IP地址發(fā)送至嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備的GPRS無線通信模塊。
[0021]所述救援人員終端設(shè)備用于對救援人員的體位狀態(tài)、撞擊情況及心率進(jìn)行檢測，并根據(jù)檢測到的數(shù)據(jù)判斷是否打開安全氣囊保護(hù)服的氣罐對救援人員進(jìn)行安全防護(hù)。
[0022]所述防護(hù)模塊用于控制安全氣囊保護(hù)服的氣罐的電磁閥的開啟和關(guān)閉。
[0023]采用所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的救援人員安全防護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)對救援人員進(jìn)行安全防護(hù)的方法，包括如下步驟:
[0024]步驟1:在嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備和計(jì)算機(jī)中設(shè)定救援人員的基礎(chǔ)信息，基礎(chǔ)信息包括救援人員的身份信息和所屬組別信息；在嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備中設(shè)定救援人員的體位狀態(tài)安全參考值、救援人員的身體軀干各部位受壓安全參考值、救援人員的基礎(chǔ)心率值和救援人員的最大心率值；
[0025]基礎(chǔ)心率值為救援人員安靜時(shí)的心率值；救援人員最大心率值為220減去其年齡后的數(shù)值；
[0026]步驟2:體位狀態(tài)檢測傳感器模塊、撞擊檢測傳感器模塊和心率檢測傳感器模塊分別實(shí)時(shí)采集救援人員的體位狀態(tài)數(shù)據(jù)、救援人員的身體軀干多部位受壓數(shù)據(jù)和救援人員的心率數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)均傳送給嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備；[0027]步驟2-1:體位狀態(tài)檢測傳感器模塊實(shí)時(shí)采集救援人員的體位狀態(tài)數(shù)據(jù)，即體位加速度值和體位加速度持續(xù)時(shí)間，并將這些數(shù)據(jù)均傳送給嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備；
[0028]步驟2-2:撞擊檢測傳感器模塊實(shí)時(shí)采集救援人員的身體軀干多部位的受壓數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)均傳送給嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備；
[0029]步驟2-3:心率檢測傳感器模塊實(shí)時(shí)采集救援人員的心率，并將該救援人員的實(shí)時(shí)心率值傳送給嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備；
[0030]步驟3:嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備根據(jù)實(shí)時(shí)接收到的救援人員的體位狀態(tài)數(shù)據(jù)，即三軸加速度值，計(jì)算出三軸加速度矢量和；
[0031]步驟4:根據(jù)救援人員的體位狀態(tài)安全參考值和防護(hù)條件判斷救援人員是否需要防護(hù)，是，則嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備發(fā)送命令給防護(hù)模塊打開安全氣囊保護(hù)服氣罐對救援人員進(jìn)行安全防護(hù)，并將救援人員的當(dāng)前安全狀態(tài)發(fā)送給中央監(jiān)控系統(tǒng)，否，則嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備繼續(xù)監(jiān)控體位狀態(tài)檢測傳感器模塊傳送來的數(shù)據(jù)；
[0032]所述防護(hù)條件如下:
[0033](I)單軸加速度值≤0.lg，且加速度持續(xù)時(shí)間≥650ms，其中g(shù)為重力加速度；
[0034](2)三軸加速度值均≤0.36g,且三軸加速度均持續(xù)時(shí)間≥650ms;
[0035](3)三軸加速度矢量和≤0.3g,且三軸加速度均持續(xù)時(shí)間≥650ms;
[0036](4)間隔時(shí)間不超過IOOms連續(xù)3次產(chǎn)生單軸加速度值<≤0.1g,且加速度持續(xù)時(shí)間≥300ms ；
[0037](5)間隔時(shí)間不超過IOOms連續(xù)3次產(chǎn)生三軸加速度值均≤0.36g,且三軸加速度均持續(xù)時(shí)間≥300ms ；
[0038](6)間隔時(shí)間不超過IOOms連續(xù)3次產(chǎn)生加速度矢量和≤0.3g,且三軸加速度均持續(xù)時(shí)間≥300ms ；
[0039]當(dāng)至少滿足一條防護(hù)條件時(shí)，則判斷救援人員需要防護(hù)；
[0040]步驟5:嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備判斷撞擊檢測傳感器模塊的任一傳感器探頭傳送來的受壓數(shù)據(jù)是否大于或等于3000N，是，則判斷出救援人員需要防護(hù)，嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備發(fā)送命令給防護(hù)模塊打開安全氣囊保護(hù)服氣罐對救援人員進(jìn)行防護(hù)，并將該救援人員當(dāng)前的安全狀態(tài)發(fā)送給中央監(jiān)控系統(tǒng)，否，則嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備繼續(xù)監(jiān)控撞擊檢測傳感器模塊傳送來的受壓數(shù)據(jù)；
[0041]步驟6:嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備根據(jù)救援人員的基礎(chǔ)心率值、救援人員的最大心率值和救援人員的實(shí)時(shí)心率數(shù)據(jù)獲得救援人員的體力耗竭數(shù)據(jù)并發(fā)送給中央監(jiān)控系統(tǒng)，并判斷救援人員體力耗竭狀態(tài)并發(fā)送給中央監(jiān)控系統(tǒng)；
[0042]步驟6-1:嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備周期性計(jì)算救援人員的平均心率值；
[0043]步驟6-2:根據(jù)救援人員的基礎(chǔ)心率值、最大心率值及平均心率值，嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備周期性計(jì)算救援人員的體力耗竭并將體力耗竭狀態(tài)和體力耗竭數(shù)據(jù)發(fā)送給中央監(jiān)控系統(tǒng)；
[0044]救援人員的體力耗竭為救援人員的平均心率值與其基礎(chǔ)心率值之差值除以該救援人員的最大心率值與其基礎(chǔ)心率之差值后的商值；[0045]救援人員體力耗竭狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn):
[0046](1)0.5≤救援人員體力耗竭〈0.8，則為中度體力耗竭；
[0047](2)救援人員體力耗竭> 0.8，則為過度體力耗竭；
[0048]步驟7:中央監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)救援人員基礎(chǔ)信息和接收的各救援人員的體力耗竭數(shù)據(jù)，計(jì)算出各救援小組的平均體力耗竭情況；
[0049]救援小組的平均體力耗竭為救援小組內(nèi)所有救援人員的體力耗竭數(shù)值之和除以該救援小組總數(shù)的商值；
[0050]救援小組平均體力耗竭狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn):
[0051](I)小組平均體力耗竭〈0.5，則為體力充沛；
[0052](2) 0.5≤小組平均體力耗竭〈0.8，則為中度體力耗竭；
[0053](3)小組平均體力耗竭≥0.8，則為過度體力耗竭；
[0054]步驟8:中央監(jiān)控系統(tǒng)將從嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備發(fā)送來的救援人員基礎(chǔ)信息、定位信息、體力耗竭數(shù)據(jù)及安全狀態(tài)和計(jì)算所得的救援小組的平均體力耗竭狀態(tài)顯示出來。
[0055]有益效果:如果救援人員遇到重物壓傷、側(cè)翻和跌落時(shí)，可以及時(shí)打開自身所穿戴的安全氣囊保護(hù)服，從而有效保護(hù)救援人員，減少傷害程度；可以在救援人員實(shí)施救援的過程中，利用物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)收集救援人員的身體狀態(tài)，并通過網(wǎng)絡(luò)不間斷地、定時(shí)地向中央監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送救援人員基礎(chǔ)信息、定位信息和安全狀態(tài)信息，中央監(jiān)控系統(tǒng)對這些信息實(shí)時(shí)顯示，使得救援指揮中心能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地了解到各救援小組及單個(gè)救援人員的詳細(xì)信息，特別是在了解到救援人員的體力耗竭信息基礎(chǔ)上更加有效地進(jìn)行實(shí)時(shí)指揮與調(diào)度，能及時(shí)避免救援人員耗竭綜合征的發(fā)生。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0056]圖1為本發(fā)明一種實(shí)施方式的基于物聯(lián)網(wǎng)的救援人員安全防護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0057]圖2為本發(fā)明一種實(shí)施方式的嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；
[0058]圖3為本發(fā)明一種實(shí)施方式的嵌入式微處理器S3C2440與SDRAM的連接關(guān)系圖；
[0059]圖4為本發(fā)明一種實(shí)施方式的嵌入式微處理器S3C2440與程序存儲(chǔ)器的連接關(guān)系圖；
[0060]圖5為本發(fā)明一種實(shí)施方式的嵌入式微處理器S3C2440與GPS/GPRS模塊的連接關(guān)系圖；
[0061]圖6為本發(fā)明一種實(shí)施方式的GPS/GPRS模塊與SM卡插槽的連接關(guān)系圖；
[0062]圖7為本發(fā)明一種實(shí)施方式的嵌入式微處理器S3C2440與無線射頻通信模塊CC2530的連接關(guān)系圖；
[0063]圖8為本發(fā)明一種實(shí)施方式的嵌入式微處理器S3C2440與SD存儲(chǔ)接口插槽的連接關(guān)系圖；
[0064]圖9為本發(fā)明一種實(shí)施方式的嵌入式微處理器S3C2440與IXD顯示屏的連接關(guān)系圖；
[0065]圖10為本發(fā)明一種實(shí)施方式的體位狀態(tài)檢測傳感器模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0066]圖11為本發(fā)明一種實(shí)施方式的第一無線射頻通信模塊CC2350與三軸加速度傳感器MPU6000的連接關(guān)系圖；
[0067]圖12為本發(fā)明一種實(shí)施方式的撞擊檢測傳感器模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0068]圖13為本發(fā)明一種實(shí)施方式的電荷放大電路圖；
[0069]圖14為本發(fā)明一種實(shí)施方式的AD轉(zhuǎn)換器ADC08098與第二無線射頻通信模塊CC2530的連接關(guān)系圖；
[0070]圖15為本發(fā)明一種實(shí)施方式的心率檢測傳感器模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0071]圖16為本發(fā)明一種實(shí)施方式的心率傳感器HKX-08A與第三無線射頻通信模塊CC2530的連接關(guān)系圖；
[0072]圖17為本發(fā)明一種實(shí)施方式的防護(hù)模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0073]圖18為本發(fā)明一種實(shí)施方式的防護(hù)模塊電路圖；
[0074]圖19為本發(fā)明一種實(shí)施方式的基于物聯(lián)網(wǎng)的救援人員安全防護(hù)監(jiān)控方法的工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0075]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作詳細(xì)說明。
[0076]本實(shí)施方式的基于物聯(lián)網(wǎng)的救援人員安全防護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)，如圖1所示，包括:中央監(jiān)控系統(tǒng)和救援人員終端設(shè)備；
[0077]所述中央監(jiān)控系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)和短信通信模塊；計(jì)算機(jī)選用聯(lián)想啟天M4380，短信通信模塊選靈旗通信LQ1000，短信通信模塊與計(jì)算機(jī)串口連接，計(jì)算機(jī)通過有線方式接入互聯(lián)網(wǎng)，短信通信模塊放置一塊GSM卡，接入移動(dòng)通信網(wǎng)；
[0078]所述救援人員終端設(shè)備如圖1所示，包括嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備、體位狀態(tài)檢測傳感器模塊、撞擊檢測傳感器模塊、心率檢測傳感器模塊、防護(hù)模塊、安全氣囊保護(hù)服和能量供應(yīng)模塊；
[0079]所述安全氣囊保護(hù)服由救援人員穿戴；
[0080]所述嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備由救援人員隨身攜帶，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，該設(shè)備包括ARM處理器、GPS定位模塊、程序存儲(chǔ)器、SDRAM內(nèi)存、SD存儲(chǔ)接口、IXD顯示屏、能量供應(yīng)模塊、GPRS無線通信模塊和無線射頻通信模塊；GPS定位模塊、程序存儲(chǔ)器、SDRAM內(nèi)存、SD存儲(chǔ)接口、IXD顯示屏、GPRS無線通信模塊和無線射頻通信模塊均與ARM處理器的I/O端口連接；
[0081]本實(shí)施方式中嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備的ARM微處理器采用三星公司的S3C2440的嵌入式微處理器；無線射頻通信模塊采用德州儀器的CC2530無線收發(fā)模塊；GPRS無線通信模塊和GPS定位模塊選用Simcom公司推出的SIM908 ;程序存儲(chǔ)器選用K9F2G08 ；SDRAM作為內(nèi)存，選用2片HY57V561620F ;SD存儲(chǔ)接口選用MOLEX的676008001 ;LCD顯示屏選用選用三星的LTV035QV ;能量供應(yīng)模塊采用三星的ICR18650-28A大容量鋰電池組，由3個(gè)ICR18650-28A并聯(lián)，電池容量8400mAh，電池標(biāo)稱電壓3.75V。
[0082]嵌入式微處理器S3C2440與SDRAM連接關(guān)系如圖3所示，S3C2440的32根數(shù)據(jù)線DATA0-31與2片HY57V561620F的數(shù)據(jù)線DQ0-15進(jìn)行連接，S3C2440的13根地址線ADDR2-14與HY57V561620F的地址線A0-12進(jìn)行連接，S3C2440的2根地址線ADDR24-25與HY57V561620F的地址線BAO-BAl進(jìn)行連接，作為最高地址線。
[0083]嵌入式微處理器S3C2440與SDRAM的具體連接關(guān)系如下:[0084]1、嵌入式微處理器S3C2440的nGCS6與2片HY57V561620F的CS進(jìn)行連接，作為
片選信號(hào)。
[0085]2、nWE與2片HY57V561620F的WE針腳進(jìn)行連接，作為寫使能。
[0086]3、nSRAS與2片HY57V561620F的CAS針腳進(jìn)行連接，作為行地址開關(guān)。
[0087]4、nSCAS與2片HY57V561620F的RAS針腳進(jìn)行連接，作為列地址開關(guān)。
[0088]5、寫字節(jié)使能四根線nWBE[3:0]分別與2片HY57V561620F的LDQM、UDQM針腳進(jìn)行連接，4個(gè)字節(jié)共32位，為一個(gè)數(shù)據(jù)單元。
[0089]6、嵌入式微處理器S3C2440的SCLKO針腳和SCLKl針腳分別與2片HY57V561620F的CLK針腳進(jìn)行連接，作為SDRAM內(nèi)存的時(shí)鐘信號(hào)。
[0090]7、嵌入式微處理器S3C2440的SCKE針腳與2片HY57V561620F的CKE針腳進(jìn)行連接，作為SDRAM內(nèi)存的時(shí)鐘使能信號(hào)。
[0091]嵌入式微處理器S3C2440與K9F2G08的連接關(guān)系如圖4所示，S3C2440的DATA0-7分別連接K9F2G08的1/00-7，作為數(shù)據(jù)和地址傳遞總線；控制讀寫的信號(hào)線連接如下:S3C2440 的 ALE/GPA18 與 K9F2G08 的 ALE 連接，S3C2440 的 CLE/GPA17 與 K9F2G08 的 CLE 連接，S3C2440 的 nFCE/GPA22 與 K9F2G08 的 CE 連接，S3C2440 的 nFRE/GPA20 與 K9F2G08 的 RE連接，S3C2440的nFWE/GPA19與K9F2G08的RE連接。K9F2G08采用3.3V的供電方式，同時(shí)根據(jù)選定的NANDFLASH型號(hào)K9F2G08來對S3C2440的GP13、GP14、GP15及NCON進(jìn)行設(shè)置。
[0092]嵌入式微處理器S3C2440通過UART接口與SM908進(jìn)行連接，其連接關(guān)系如圖5所示，S3C2440的UART_RXD1與SM908的TXD進(jìn)行連接，UART_TXD1與RXD進(jìn)行連接，作為GSM/GPRS 的數(shù)據(jù)傳輸部分。S3C2440 的 UART_RXD2 與 SM908 的 GPS/DBG_TXD 進(jìn)行連接，UART_TXD2與GPS/DBG_RXD進(jìn)行連接，作為GPS的數(shù)據(jù)傳輸部分，S3C2440的GPFF6與SM908的PWRKEY進(jìn)行連接，作為SM908的激活及使能的信號(hào)。SM908與SM卡插槽的連接如圖6所示，SM卡插槽放置一塊GSM卡，用于嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備接入移動(dòng)通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)。
[0093]無線射頻通信模塊CC2530與嵌入式微處理器S3C2440連接如圖7所示，作為從設(shè)備的無線射頻通信模塊CC2530通過SPI總線與嵌入式微處理器S3C2440進(jìn)行連接，無線射頻通信模塊CC2350的P0_1作為SPI總線輸入MI接口與嵌入式微處理器S3C2440的SPMIS00輸出進(jìn)行連接，無線射頻通信模塊CC2350的P0_2作為SPI總線輸出MO接口與嵌入式微處理器S3C2440的輸入SPMIS10進(jìn)行連接，無線射頻通信模塊CC2350的P0_4作為SPI總線時(shí)鐘信號(hào)輸入接口與嵌入式微處理器S3C2440的時(shí)鐘信號(hào)SPICLK0進(jìn)行連接，用于接收時(shí)鐘信號(hào)，無線射頻通信模塊CC2350的P0_3作為SPI總線使能信號(hào)接口與嵌入式微處理器S3C2440的GPG7接口進(jìn)行連接，作為從設(shè)備接收片選信號(hào)，用于控制無線射頻通信模塊CC2530接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，無線射頻通信模塊CC2350的PRSET_N作為SPI重置信號(hào)接口與嵌入式微處理器S3C2440的GPG6接口進(jìn)行連接。
[0094]嵌入式微處理器S3C2440與SD存儲(chǔ)接口插槽的連接如圖8所示，SD存儲(chǔ)接口插槽采用3.3V電源供電，嵌入式微處理器S3C2440的SDDATA0-SDDATA3與SD存儲(chǔ)接口插槽的DATA0-DATA3進(jìn)行連接，用于數(shù)據(jù)的傳輸；嵌入式微處理器S3C2440的SDCLK與SD存儲(chǔ)接口插槽的CLK進(jìn)行連接，用于時(shí)鐘的同步；嵌入式微處理器S3C2440的SDCMD與SD存儲(chǔ)接口插槽的CMD進(jìn)行連接，用于數(shù)據(jù)讀寫狀態(tài)的控制。
[0095]嵌入式微處理器S3C2440與IXD顯示屏的連接如圖9所示，嵌入式微處理器S3C2440 的 VD3-VD7、VD10-VD15、VD19-VD23 分別與 LCD 的 TFT_B3_TFT_B7、TFT_G2_TFT_G7、TFT_R3-TFT_R7進(jìn)行連接，用于嵌入式微處理器S3C2440向IXD顯示屏輸出要顯示的像素信號(hào)，嵌入式微處理器S3C2440的GPG4與IXD的LCD_POWEN進(jìn)行連接，用于嵌入式微處理器S3C2440控制LCD的啟動(dòng)與關(guān)閉，嵌入式微處理器S3C2440的TSYM、TSXM、TSYP、TSXP與LCD的TSYM、TSXM、TSYP, TSXP進(jìn)行連接，用于嵌入式微處理器S3C2440與LCD的觸摸控制信號(hào)傳遞，嵌入式微處理器S3C2440的VCLK與IXD的LCD_CLK進(jìn)行連接，用于像素時(shí)鐘同步信號(hào)，嵌入式微處理器S3C2440的VM與IXD的LCD_ACT進(jìn)行連接，用于數(shù)據(jù)有效標(biāo)志信號(hào)，嵌入式微處理器S3C2440的VLINE與IXD的LCD_RS進(jìn)行連接，用于行同步信號(hào)，嵌入式微處理器S3C2440的VFRAME與IXD的LCD_VS進(jìn)行連接，用于幀同步信號(hào)，IXD顯示屏采用
3.3V供電方式。
[0096]所述體位狀態(tài)檢測傳感器模塊包括三軸加速度傳感器和第一無線射頻通信模塊，體位狀態(tài)檢測傳感器模塊固定在安全氣囊保護(hù)服的腰帶內(nèi)，其結(jié)構(gòu)如圖10所示；通過PCB板將三軸加速度傳感器與第一無線射頻通信模塊進(jìn)行連接，其連接電路如圖11所示，三軸加速度傳感器采用MPU-6000，第一無線射頻通信模塊選用德州儀器的CC2530，三軸加速度傳感器MPU-6000作為從設(shè)備，通過SPI總線與第一無線射頻通信模塊CC2530的SPI總線相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸與時(shí)鐘的傳遞。第一無線射頻通信模塊CC2350的P0_1作為SPI總線輸入MI接口與三軸加速度傳感器MPU6000的輸出AD0/SD0進(jìn)行連接，CC2350的P0_2作為SPI總線輸出MO接口與三軸加速度傳感器MPU6000的輸入SDA/SDI進(jìn)行連接，三軸加速度傳感器CC2350的P0_4作為SPI總線時(shí)鐘信號(hào)接口與三軸加速度傳感器MPU6000的時(shí)鐘信號(hào)SCL/SCLK進(jìn)行連接，CC2350的P0_5作為SPI總線使能信號(hào)接口與三軸加速度傳感器MPU6000的/CS接口進(jìn)行連接。
[0097]所述撞擊檢測傳感器模塊包括多個(gè)傳感器探頭、電荷放大器、AD轉(zhuǎn)換器和第二無線射頻通信模塊，其結(jié)構(gòu)如圖12示，傳感器探頭分布安裝在安全氣囊保護(hù)服的身體軀干位置；傳感器探頭選用6個(gè)eTouch壓電薄膜傳感器，分別置于安全氣囊保護(hù)服內(nèi)側(cè)對應(yīng)于人體的頸椎、左胸、右胸、腹部、后背脊柱上方和后背脊柱下方的位置，通過線路連接到電荷放大器電路，用于監(jiān)測身體的重要部位所可能遭受的巨大的壓力，第二無線射頻通信模塊選用德州儀器的CC2530 ；AD轉(zhuǎn)換器選用ADC0809 ;電荷放大器選用AD820，電路如圖13所示；壓電薄膜傳感器的輸出端接電荷放大器電路的輸入端，信號(hào)經(jīng)過放大后輸出，電荷放大器AD820輸出接口連接ADC0809的輸入針腳，6個(gè)壓電薄膜傳感器的放大電路分別連接到AD轉(zhuǎn)換器ADC0809的IN0-1N5針腳，代表6個(gè)不同的輸入，其輸出的范圍為0-5V，分別代表不同的壓力值，如圖13所示的示意圖為其中一個(gè)壓電薄膜傳感器與電荷放大器AD820及AD轉(zhuǎn)換器ADC0809的連接示意圖；
[0098]AD轉(zhuǎn)換器ADC0809與CC2530的連接如圖14所示，AD轉(zhuǎn)換器ADC0809的輸出針腳D0-D5分別連接到CC2530的P0_0到P0_5針腳上，用于采集6個(gè)不同壓電薄膜傳感器的數(shù)模轉(zhuǎn)換值，CC2530的PlJK Pl_l、Pl_2分別連接AD轉(zhuǎn)換器ADC0809的轉(zhuǎn)換地址針腳A、B、C，用于發(fā)送需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換的地址信號(hào)，每個(gè)不同的地址信號(hào)代表不同的壓電薄膜傳感器放大電路；CC2530的P0_6連接ADC0809的ST和ALE針腳，用于發(fā)送開始進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換和鎖存轉(zhuǎn)換地址的信號(hào)；CC2530的Pl_3連接AD轉(zhuǎn)換器ADC0809的OE針腳，用于向AD轉(zhuǎn)換器ADC0809發(fā)送信號(hào)，表明CC2530可以接收數(shù)據(jù)，允許AD轉(zhuǎn)換器ADC0809發(fā)送數(shù)據(jù)；CC2530的Pl_4連接ADC0809的EOC針腳，用于接收AD轉(zhuǎn)換器ADC0809的信號(hào)，表明數(shù)模轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束，隨時(shí)可以發(fā)送數(shù)據(jù)；AD轉(zhuǎn)換器ADC0809采用5V供電，CC2530采用3.3V的供電方式。
[0099]所述心率檢測傳感器模塊包括心率檢測傳感器和第三無線射頻通信模塊，心率檢測傳感器的兩個(gè)探測端安裝在安全氣囊保護(hù)服的兩個(gè)手腕位置，其結(jié)構(gòu)如圖15所示；心率傳感器采用HKX-08A，第三無線射頻通信模塊選用CC2530，HKX-08A與CC2530的連接關(guān)系如圖16所示，心率傳感器HKX-08A的2個(gè)探頭分別連接HKX-08A的2個(gè)輸入，HKX-08A的輸出連接CC2530的P0_0，用于向CC2530輸出數(shù)據(jù)，HKX-08A用3.3V供電。
[0100]救援人員終端設(shè)備中所述的防護(hù)模塊包括防護(hù)電路和第四無線射頻通信模塊，如圖17所示，第四無線射頻通信模塊選用CC2530 ;防護(hù)模塊與安全氣囊的氣罐的電磁閥通過導(dǎo)線進(jìn)行連接，在收到打開的命令后能夠迅速地打開安全氣囊保護(hù)服的的氣罐電磁閥。如圖18所示，防護(hù)電路是三態(tài)門電路，用于控制電磁閥的電源通斷，電磁閥選用常閉式微型電磁閥2W025-08，第四無線射頻通信模塊選用CC2530，CC2530的P0_0與三態(tài)門電路的使能信號(hào)針腳EN連接，用于全能通斷三態(tài)門電路，當(dāng)防護(hù)模塊收到打開安全氣囊服的信號(hào)后，會(huì)向三態(tài)門電路發(fā)送使能高電平，使三態(tài)門電路處于通的狀態(tài)，從而開啟安全氣囊保護(hù)服的氣罐的電磁閥，容器內(nèi)的氣體會(huì)在最短時(shí)間內(nèi)充滿氣囊；若三態(tài)門電路沒有收到使能高電平，則處于高阻抗斷開狀態(tài)。
[0101]所述的安全氣囊保護(hù)服采用現(xiàn)有技術(shù)中的安全氣囊保護(hù)服，具體選用Hit-air的M0T0RRAD安全氣囊保護(hù)服，包括C02容器、9V電源、電磁閥和保護(hù)服。安全氣囊保護(hù)服與平時(shí)所穿的夾克并無兩樣，不但不會(huì)妨礙救援人員的救援行動(dòng)，還可以在救援人員遭受猛烈的撞擊、擠壓、跌落的過程中，有效地保護(hù)救援人員身體軀干的重要部位。此安全氣囊保護(hù)服的工作原理是由一定的電壓和電流來激發(fā)電磁閥，打開C02容器，使安全氣囊在0.5S內(nèi)打開，以有效的保護(hù)救援人員。其電路連接示意圖如圖17所示，電磁閥選用常閉式微型電磁閥2W025-08，9V電源采用一塊9V堿性電池。9V電池負(fù)極連接電磁閥的負(fù)極，9V電池正極連接三態(tài)門電路的入口針腳，三態(tài)門電路出口針腳連接電磁閥的正極，當(dāng)三態(tài)門電路收到使能高電平時(shí)，三態(tài)門電路便處于通的狀態(tài)，9V電池對電磁閥供電，電磁閥打開，C02氣罐內(nèi)的氣體會(huì)在最短時(shí)間內(nèi)充滿氣囊；若三態(tài)門電路沒有收到使能高電平，則處于高阻抗斷開狀態(tài)，此時(shí)C02容器處理關(guān)閉狀態(tài)。C02氣罐為高壓氣罐，打開一次后必須更換新的C02高壓氣罐。
[0102]所述能量供應(yīng)模塊的各輸出端分別連接體位狀態(tài)檢測傳感器模塊、撞擊檢測傳感器模塊、心率檢測傳感器模塊和防護(hù)模塊；本實(shí)施方式的能量供應(yīng)模塊主要采用大容量鋰電池進(jìn)行統(tǒng)一供電，電路采用并連方式與各個(gè)傳感器模塊及執(zhí)行模塊進(jìn)行連接供電，供電電壓有3.3V和5V。
[0103]本實(shí)施方式中的各無線射頻通信模塊全部選用CC2530，無線射頻傳感器網(wǎng)絡(luò)采用ZIGBEE無線星型網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通信，體位狀態(tài)檢測傳感器模塊、撞擊檢測傳感器模塊、心率檢測傳感器模塊和防護(hù)模塊均通過ZIGBEE無線自組網(wǎng)協(xié)議與嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)，嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備作為協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)即ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)中的主設(shè)備，體位狀態(tài)狀態(tài)檢測傳感器模塊、撞擊檢測傳感器模塊、心率檢測傳感器模塊和防護(hù)模塊均為ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)中的從節(jié)點(diǎn)，嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備在程序存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)所有網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)的鄰接表，各節(jié)點(diǎn)與嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備在初始化過程中，嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備以自身所存儲(chǔ)的鄰接表來組織各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)及防護(hù)節(jié)點(diǎn)，建立以嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備為協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的星形ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)。
[0104]本實(shí)施方式的中央監(jiān)控系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)通過有線方式接入互聯(lián)網(wǎng)，救援人員終端設(shè)備中的嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備通過自身的GPRS無線通信模塊接入互聯(lián)網(wǎng)，與中央監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通信，完成對救援人員進(jìn)行身份識(shí)別、跟蹤定位及安全狀態(tài)監(jiān)控，并對救援人員的心率數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備向中央監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送的信息有身份識(shí)別、定位、心率數(shù)據(jù)及安全狀態(tài)的信息。中央監(jiān)控系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)通過短信通信模塊向所有的嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備發(fā)送一條包含自身IP的短信，以后每次變更IP地址時(shí)都向所有的嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備發(fā)送一條包含自身IP的固定格式的短信。嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備在啟動(dòng)時(shí)檢查所收到的來自中央監(jiān)控系統(tǒng)的包含IP的短信，以最新的時(shí)間為基準(zhǔn)，將收到的短信中的IP地址寫入服務(wù)器地址設(shè)置中，用以向該中央監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)，以后每次收到新的包含IP的信息時(shí)會(huì)重新設(shè)置服務(wù)器地址，若未收到信息，則將地址設(shè)置為127.0.0.1。
[0105]嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備用GSM卡的信息作為身份識(shí)別信息；嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備發(fā)送的定位信息是嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備通過GPS和GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行定位得到的，嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備在進(jìn)行定位時(shí)優(yōu)先選擇GPS定位，若GPS定位無效時(shí)，則使用GPRS基站網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行定位，待GPS定位有效時(shí)再重新對定位信息進(jìn)行糾正，以彌補(bǔ)單方式定位的不足，防止定位信息丟失；心率數(shù)據(jù)是嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備通過心率檢測傳感器模塊采集后處理所得的；
[0106]指揮調(diào)度工作人員可以參考所述中央監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對救援人員進(jìn)行指揮與調(diào)度；中央監(jiān)控系統(tǒng)接收來自各救援人員的嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備的數(shù)據(jù)后，對心率數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，將救援人員及救援小組的體力耗竭和救援人員及救援小組的位置等綜合信息進(jìn)行直觀的顯示，便于指揮調(diào)度工作人員參考進(jìn)行指揮與調(diào)度。
[0107]采用所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的救援人員安全防護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)對救援人員進(jìn)行防護(hù)的方法，流程如圖19所示，包括如下步驟:
[0108]步驟1:在嵌入式微處理器S3C2440和計(jì)算機(jī)中設(shè)定救援人員的基礎(chǔ)信息，基礎(chǔ)信息包括救援人員的身份信息和所屬組別信息；在嵌入式處理器S3C2440中設(shè)定救援人員的體位狀態(tài)安全參考值、救援人員的身體軀干各部位受壓安全參考值、救援人員的基礎(chǔ)心率值和救援人員的最大心率值；
[0109]基礎(chǔ)心率值為救援人員安靜時(shí)的心率值；救援人員最大心率值為220減去其年齡后的數(shù)值；
[0110]救援人員的身份識(shí)別信息、體位狀態(tài)安全參考值、救援人員的身體軀干多部位受壓安全參考值、救援人員的基礎(chǔ)心率值及救援人員的最大心率值都設(shè)定在其所攜帶的嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備中的程序存儲(chǔ)器中；所有救援人員的基本信息都輸入到中央監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中。
[0111]步驟2:體位狀態(tài)檢測傳感器模塊、撞擊檢測傳感器模塊和心率檢測傳感器模塊分別實(shí)時(shí)采集救援人員的體位狀態(tài)數(shù)據(jù)、救援人員的身體軀干多部位受壓數(shù)據(jù)和救援人員的心率數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)均傳送給嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備；
[0112]步驟2-1:體位狀態(tài)檢測傳感器模塊的三軸加速度傳感器MPU6000實(shí)時(shí)采集救援人員的體位狀態(tài)數(shù)據(jù)，即體位加速度值和體位加速度持續(xù)時(shí)間，并通過體位狀態(tài)檢測傳感器模塊的第一無線射頻通信模塊CC2350將這些救援人員的體位狀態(tài)數(shù)據(jù)均傳送給嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備的無線射頻通信模塊CC2350 ；[0113]步驟2-2:撞擊檢測傳感器模塊的6個(gè)eTouch壓電薄膜傳感器實(shí)時(shí)采集救援人員的身體軀干多部位的受壓數(shù)據(jù)，并通過撞擊檢測傳感器模塊的集成了第二無線射頻通信模塊的CC2350將這些受壓數(shù)據(jù)均傳送給嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備的無線射頻通信模塊CC2350 ；
[0114]步驟2-3:心率檢測傳感器模塊的心率檢測傳感器HKX-08A實(shí)時(shí)采集救援人員的心率，并通過心率檢測傳感器模塊的第三無線射頻通信模塊的CC2350將該救援人員的實(shí)時(shí)心率值傳送給嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備的無線射頻通信模塊CC2350 ；
[0115]步驟3:嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備設(shè)備的ARM微處理器S3C2440根據(jù)實(shí)時(shí)接收到的救援人員的體位狀態(tài)數(shù)據(jù)，即三軸加速度值，計(jì)算出三軸加速度矢量和；
[0116]步驟4:根據(jù)救援人員的體位狀態(tài)安全參考值和防護(hù)條件判斷救援人員是否需要防護(hù)，是，則嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備的ARM微處理器S3C2440通過嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備的無線射頻通信模塊CC2350發(fā)送命令給防護(hù)模塊的第四無線射頻通信模塊CC2350打開安全氣囊保護(hù)服氣罐對救援人員進(jìn)行安全防護(hù)，并通過嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備的SM908將救援人員當(dāng)前的安全狀態(tài)發(fā)送給中央監(jiān)控系統(tǒng)，否，則嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備繼續(xù)監(jiān)控體位狀態(tài)檢測傳感器模塊傳送來的數(shù)據(jù)；
[0117]所述防護(hù)條件如下:
[0118](I)單軸加速度值≤0.lg，且加速度持續(xù)時(shí)間≥650ms;
[0119](2)三軸加速度值均≤0.36g,且三軸加速度均持續(xù)時(shí)間≥650ms;
[0120](3)三軸加速度矢量和≤0.3g,且三軸加速度均持續(xù)時(shí)間≥650ms;
[0121](4)間隔時(shí)間不超過IOOms連續(xù)3次產(chǎn)生單軸加速度值< 0.lg，且加速度持續(xù)時(shí)間≥300ms ；
[0122](5)間隔時(shí)間不超過IOOms連續(xù)3次產(chǎn)生三軸加速度值均< 0.36g,且三軸加速度均持續(xù)時(shí)間≥300ms ；
[0123](6)間隔時(shí)間不超過IOOms連續(xù)3次產(chǎn)生加速度矢量和≤0.3g,且三軸加速度均持續(xù)時(shí)間≥300ms ；
[0124]當(dāng)至少滿足一條防護(hù)條件時(shí)，則判斷救援人員需要防護(hù)；
[0125]安全狀態(tài)是嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備設(shè)備通過設(shè)置信息中的安全狀態(tài)字段來實(shí)現(xiàn)的，安全字段，指嵌入式網(wǎng)關(guān)向中央計(jì)算機(jī)所發(fā)送的幀中的一個(gè)字節(jié)，所有傳感器數(shù)據(jù)分析正常時(shí)設(shè)置0，若心率檢測數(shù)據(jù)分析為救援人員體力中度耗竭時(shí)則設(shè)置為1，過度耗竭時(shí)則設(shè)置為2，壓力傳感器檢測數(shù)據(jù)為人受重壓時(shí)設(shè)置為3，三軸加速度傳感器分析為人處于跌落或翻滾狀態(tài)時(shí)設(shè)置為4，以用于區(qū)別救援人員的不同安全狀態(tài)。
[0126]步驟5:嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備的ARM微處理器S3C2440判斷撞擊檢測傳感器模塊的任一 eTouch壓電薄膜傳感器探頭傳送來的數(shù)據(jù)是否大于或等于3000N，是，則判斷出救援人員需要防護(hù)，嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備的ARM微處理器S3C2440通過嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備的無線射頻通信模塊CC2350發(fā)送命令給防護(hù)模塊的第四無線射頻通信模塊CC2350打開安全氣囊保護(hù)服對救援人員進(jìn)行防護(hù)，并將救援人員的安全狀態(tài)值3發(fā)送給中央監(jiān)控系統(tǒng)，否，則嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備繼續(xù)監(jiān)控撞擊檢測傳感器模塊傳送來的數(shù)據(jù)；
[0127]救援人員所承受的壓力是利用eTouch壓電薄膜傳感器感知到的壓力與其電荷輸出之間的對應(yīng)關(guān)系來計(jì)算的。這與傳感器的壓電電荷系數(shù)d33密切相關(guān)，d33表示將IN的力垂直作用于傳感器工作區(qū)時(shí)，壓電薄膜傳感器通過電荷放大器產(chǎn)生輸出值，該輸出值由壓電薄膜傳感器壓電電荷系數(shù)d33[pC/N]和電容C[pF]值決定。本實(shí)施方式中電荷放大器選用AD820，電容c選擇lOOpF，電荷放大器的電壓輸出范圍為0-5V，電荷放大器輸出電壓V的公式為:
[0128]V=l/CXd33XF
[0129]式中，F(xiàn)為垂直施加于壓電薄膜傳感器表面的作用力，即，救援人員所承受的壓力，單位為N。
[0130]救援人員所承受壓力F的計(jì)算公式為:
[0131]F=V/(l/CXd33)
[0132]步驟6:嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備的ARM微處理器S3C2440根據(jù)救援人員的基礎(chǔ)心率值、救援人員的最大心率值和救援人員的實(shí)時(shí)心率數(shù)據(jù)，判斷救援人員體力耗竭狀態(tài)并通過嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備將該體力耗竭狀態(tài)顯示出來，且通過嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備的SM908發(fā)送該救援人員的體力耗竭數(shù)據(jù)和體力耗竭狀態(tài)給中央監(jiān)控系統(tǒng)；
[0133]步驟6-1:嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備的ARM微處理器S3C2440周期性計(jì)算救援人員的平均心率值；
[0134]步驟6-2:根據(jù)救援人員的基礎(chǔ)心率值、最大心率值及平均心率值，嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備的ARM微處理器S3C2440周期性計(jì)算救援人員的體力耗竭并通過嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備將該體力耗竭狀態(tài)顯示出來，且通過嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備的SM908將體力耗竭狀態(tài)和體力耗竭數(shù)據(jù)發(fā)送給中央監(jiān)控系統(tǒng)；
[0135]救援人員的體力耗竭為救援人員的平均心率值與其基礎(chǔ)心率值之差值除以該救援人員的最大心率值與其基礎(chǔ)心率之差值后的商值。
[0136]救援人員體力耗竭狀態(tài) 標(biāo)準(zhǔn):
[0137](1)0.5≤救援人員體力耗竭〈0.8，則為中度體力耗竭，安全狀態(tài)為I ;
[0138](2)救援人員體力耗竭> 0.8，則為過度體力耗竭，安全狀態(tài)為2。
[0139]本實(shí)施方式中嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備的ARM微處理器S3C2440每隔30分鐘計(jì)算一次最救援人員最近5個(gè)小時(shí)內(nèi)的體力耗竭情況，心率檢測不足5個(gè)小時(shí)時(shí)，不足的部分用基礎(chǔ)心
率代替。
[0140]步驟7:中央監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)救援人員基礎(chǔ)信息和接收的各救援人員的體力耗竭數(shù)據(jù)，計(jì)算出各救援小組的平均體力耗竭情況；
[0141]救援小組的平均體力耗竭為救援小組內(nèi)所有救援人員的體力耗竭數(shù)值的和除該救援小組的人數(shù)的商值。
[0142]救援小組平均體力耗竭狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn):
[0143](I)小組平均體力耗竭〈0.5，則為體力充沛；
[0144](2)0.5≤小組平均體力耗竭〈0.8，則為中度體力耗竭，安全狀態(tài)為I ;
[0145](3)小組平均體力耗竭> 0.8，則為過度體力耗竭，安全狀態(tài)為2。
[0146]步驟8:中央監(jiān)控系統(tǒng)將從嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備的SM908發(fā)送來的救援人員的基礎(chǔ)信息、定位信息、體力耗竭數(shù)據(jù)及安全狀態(tài)數(shù)據(jù)和計(jì)算所得的救援小組的平均體力耗竭狀態(tài)顯示出來。
[0147]中央監(jiān)控系統(tǒng)可以直觀的地圖界面的形式將救援人員的基礎(chǔ)信息、定位信息、體力耗竭數(shù)據(jù)及安全狀態(tài)數(shù)據(jù)和計(jì)算所得的救援小組的平均體力耗竭狀態(tài)顯示出來。[0148]中央監(jiān)控系統(tǒng)可以設(shè)置安全狀態(tài)顏色和安全報(bào)警，并顯示出救援人員位置信息和救援小組的平均體力耗竭信息，這些均可供指揮調(diào)度工作人員作為進(jìn)行指揮與調(diào)度的參考信息。
【權(quán)利要求】
1.一種基于物聯(lián)網(wǎng)的救援人員安全防護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:包括:中央監(jiān)控系統(tǒng)和救援人員終端設(shè)備； 所述中央監(jiān)控系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)和短信通信模塊，短信通信模塊與計(jì)算機(jī)串口連接； 所述救援人員終端設(shè)備包括嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備、體位狀態(tài)檢測傳感器模塊、撞擊檢測傳感器模塊、心率檢測傳感器模塊、防護(hù)模塊、安全氣囊保護(hù)服和能量供應(yīng)模塊； 所述安全氣囊保護(hù)服由救援人員穿戴； 所述嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備由救援人員隨身攜帶，該設(shè)備包括ARM處理器、GPS定位模塊、程序存儲(chǔ)器、SDRAM內(nèi)存、SD存儲(chǔ)接口、IXD顯示屏、能量供應(yīng)模塊、GPRS無線通信模塊和無線射頻通信模塊；GPS定位模塊、程序存儲(chǔ)器、SDRAM內(nèi)存、SD存儲(chǔ)接口、IXD顯示屏、GPRS無線通信模塊和無線射頻通信模塊均與ARM處理器的I/O端口連接； 所述體位狀態(tài)檢測傳感器模塊固定在安全氣囊保護(hù)服的腰帶內(nèi)； 所述撞擊檢測傳感器模塊有多個(gè)傳感器探頭，傳感器探頭分布安裝在安全氣囊保護(hù)服的身體軀干位置； 所述心率檢測傳感器模塊的兩個(gè)探測端安裝在安全氣囊保護(hù)服的兩個(gè)手腕位置； 所述防護(hù)模塊與安全氣囊保護(hù)服的氣罐的電磁閥連接； 所述能量供應(yīng)模塊的各輸出端分別連接體位狀態(tài)檢測傳感器模塊、撞擊檢測傳感器模塊、心率檢測傳感器模塊和防護(hù)模塊； 所述體位狀態(tài)檢測傳感器模塊、撞擊檢測傳感器模塊、心率檢測傳感器模塊和防護(hù)模塊分別通過無線射頻通信模 塊與嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換； 所述救援人員終端設(shè)備通過GPRS無線通信模塊接入互聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)而通過互聯(lián)網(wǎng)與中央監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的救援人員監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述中央監(jiān)控系統(tǒng)用于通過互聯(lián)網(wǎng)接收來自嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備的數(shù)據(jù)，對救援人員進(jìn)行身份識(shí)別、跟蹤定位、安全狀態(tài)監(jiān)控、救援人員體力耗竭狀態(tài)監(jiān)控和救援小組體力耗竭數(shù)據(jù)處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的救援人員監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述短信通信模塊用于將計(jì)算機(jī)的IP地址發(fā)送至嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備的GPRS無線通信模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的救援人員監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述救援人員終端設(shè)備用于對救援人員的體位狀態(tài)、撞擊情況及心率進(jìn)行檢測，并根據(jù)檢測到的數(shù)據(jù)判斷是否打開安全氣囊保護(hù)服的氣罐對救援人員進(jìn)行安全防護(hù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的救援人員監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述防護(hù)模塊用于控制安全氣囊保護(hù)服的氣罐的電磁閥的開啟和關(guān)閉。
6.采用權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的救援人員安全防護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)對救援人員進(jìn)行安全防護(hù)的方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟1:在嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備和計(jì)算機(jī)中設(shè)定救援人員的基礎(chǔ)信息，基礎(chǔ)信息包括救援人員的身份信息和所屬組別信息；在嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備中設(shè)定救援人員的體位狀態(tài)安全參考值、救援人員的身體軀干各部位受壓安全參考值、救援人員的基礎(chǔ)心率值和救援人員的最大心率值； 基礎(chǔ)心率值為救援人員安靜時(shí)的心率值；救援人員最大心率值為220減去其年齡后的數(shù)值；步驟2:體位狀態(tài)檢測傳感器模塊、撞擊檢測傳感器模塊和心率檢測傳感器模塊分別實(shí)時(shí)采集救援人員的體位狀態(tài)數(shù)據(jù)、救援人員的身體軀干多部位受壓數(shù)據(jù)和救援人員的心率數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)均傳送給嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備； 步驟2-1:體位狀態(tài)檢測傳感器模塊實(shí)時(shí)采集救援人員的體位狀態(tài)數(shù)據(jù)，即體位加速度值和體位加速度持續(xù)時(shí)間，并將這些數(shù)據(jù)均傳送給嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備； 步驟2-2:撞擊檢測傳感器模塊實(shí)時(shí)采集救援人員的身體軀干多部位的受壓數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)均傳送給嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備； 步驟2-3:心率檢測傳感器模塊實(shí)時(shí)采集救援人員的心率，并將該救援人員的實(shí)時(shí)心率值傳送給嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備； 步驟3:嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備根據(jù)實(shí)時(shí)接收到的救援人員的體位狀態(tài)數(shù)據(jù)，即三軸加速度值，計(jì)算出三軸加速度矢量和； 步驟4:根據(jù)救援人員的體位狀態(tài)安全參考值和防護(hù)條件判斷救援人員是否需要防護(hù)，是，則嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備發(fā)送命令給防護(hù)模塊打開安全氣囊保護(hù)服氣罐對救援人員進(jìn)行安全防護(hù)，并將救援人員的當(dāng)前安全狀態(tài)發(fā)送給中央監(jiān)控系統(tǒng)，否，則嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備繼續(xù)監(jiān)控體位狀態(tài)檢測傳感器模塊傳送來的數(shù)據(jù)； 所述防護(hù)條件如下: (1)單軸加速度值≤0.lg，且加速度持續(xù)時(shí)間≥650ms，其中g(shù)為重力加速度； (2)三軸加速度值均≤0.36g,且三軸加速度均持續(xù)時(shí)間≥650ms; (3)三軸加速度矢量和≤0.3g,且三軸加速度均持續(xù)時(shí)間≥650ms; (4)間隔時(shí)間不超過IOOms連續(xù)3次產(chǎn)生單軸加速度值≤0.1g,且加速度持續(xù)時(shí)間^ 300ms ； (5)間隔時(shí)間不超過IOOms連續(xù)3次產(chǎn)生三軸加速度值均≤0.36g,且三軸加速度均持續(xù)時(shí)間≥300ms ； (6)間隔時(shí)間不超過IOOms連續(xù)3次產(chǎn)生加速度矢量和≤0.3g,且三軸加速度均持續(xù)時(shí)間≥300ms ； 當(dāng)至少滿足一條防護(hù)條件時(shí)，則判斷救援人員需要防護(hù)； 步驟5:嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備判斷撞擊檢測傳感器模塊的任一傳感器探頭傳送來的受壓數(shù)據(jù)是否大于或等于3000N，是，則判斷出救援人員需要防護(hù)，嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備發(fā)送命令給防護(hù)模塊打開安全氣囊保護(hù)服氣罐對救援人員進(jìn)行防護(hù)，并將該救援人員當(dāng)前的安全狀態(tài)發(fā)送給中央監(jiān)控系統(tǒng)，否，則嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備繼續(xù)監(jiān)控撞擊檢測傳感器模塊傳送來的受壓數(shù)據(jù)； 步驟6:嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備根據(jù)救援人員的基礎(chǔ)心率值、救援人員的最大心率值和救援人員的實(shí)時(shí)心率數(shù)據(jù)獲得救援人員的體力耗竭數(shù)據(jù)并發(fā)送給中央監(jiān)控系統(tǒng)，并判斷救援人員體力耗竭狀態(tài)并發(fā)送給中央監(jiān)控系統(tǒng)； 步驟6-1:嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備周期性計(jì)算救援人員的平均心率值； 步驟6-2:根據(jù)救援人員的基礎(chǔ)心率值、最大心率值及平均心率值，嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備周期性計(jì)算救援人員的體力耗竭并將體力耗竭狀態(tài)和體力耗竭數(shù)據(jù)發(fā)送給中央監(jiān)控系統(tǒng)；救援人員的體力耗竭為救援人員的平均心率值與其基礎(chǔ)心率值之差值除以該救援人員的最大心率值與其基礎(chǔ)心率之差值后的商值；救援人員體力耗竭狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn): (O 0.5 <救援人員體力耗竭〈0.8，則為中度體力耗竭； (2)救援人員體力耗竭> 0.8，則為過度體力耗竭； 步驟7:中央監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)救援人員基礎(chǔ)信息和接收的各救援人員的體力耗竭數(shù)據(jù)，計(jì)算出各救援小組的平均體力耗竭情況； 救援小組的平均體力耗竭為救援小組內(nèi)所有救援人員的體力耗竭數(shù)值之和除以該救援小組總數(shù)的商值； 救援小組平均體力耗竭狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn): (1)小組平均體力耗竭〈0.5，則為體力充沛； (2)0.5 <小組平均體力耗竭〈0.8,則為中度體力耗竭； (3)小組平均體力耗竭>0.8，則為過度體力耗竭； 步驟8:中央監(jiān)控系統(tǒng)將從嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)備發(fā)送來的救援人員基礎(chǔ)信息、定位信息、體力耗竭數(shù)據(jù)及安全狀態(tài)和計(jì)算所 得的救援小組的平均體力耗竭狀態(tài)顯示出來。
【文檔編號(hào)】A61B5/103GK103501336SQ201310460262
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】李曼寧, 蔣本亮, 侯捷 申請人:東北大學(xué)