摘   要： 設(shè)計(jì)了一種基于GPS的移動式生命體征遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)通過體溫,、血壓,、脈搏傳感器采集生命體征，并將采集到的信號經(jīng)過處理后傳送到微處理器中,，微處理器在收到指令后將信號發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心,。監(jiān)控中心對采集到的信號進(jìn)行分析，如果體征信號異常則通過GPS定位被檢測人的位置,，并且發(fā)出救助信號,。該系統(tǒng)的檢測裝置方便攜帶，攜帶者可隨身了解自己的身體情況,，并可手動緊急求救報(bào)警,。監(jiān)控中心能對各種體征異常狀況實(shí)施快速響應(yīng)，根據(jù)不同情況對被監(jiān)測人員進(jìn)行實(shí)時(shí)救助指導(dǎo),。
關(guān)鍵詞： 生命體征信號,； 傳感器； 微處理器

    目前有很多專業(yè)必須長期工作在危險(xiǎn)情況下,，很容易遇到危險(xiǎn),比如消防員,、礦工、深海潛水員等,?？紤]到這些人員的流動性和脆弱性，有必要對這些人員在工作時(shí)的生命狀況進(jìn)行檢測,。傳統(tǒng)的監(jiān)測裝置會安裝很多阻礙這種情況發(fā)生的元器件,導(dǎo)致可穿戴裝置變得笨重[1],。先進(jìn)的生物傳感器[2-3]對生命體征監(jiān)測，在極端環(huán)境的珠穆朗瑪峰也能運(yùn)行良好,，但它缺乏跟蹤能力,；袖章式可穿戴的生命體征監(jiān)測[4]已被應(yīng)用于對正常受試者和慢性阻塞性肺疾病課題的研究中，該設(shè)備通過間接測熱法能對受測者的身體運(yùn)動和能源消耗進(jìn)行有效的估計(jì)， 但是必須運(yùn)用具體算法來提高估計(jì)的準(zhǔn)確性;可穿戴智能背心[5]是一種可穿戴的監(jiān)測裝置,，通過腰部的生物傳感器來采集信號,但其體積較大,，不便于被監(jiān)測人員的運(yùn)動；雖然也有腕式[4]生命監(jiān)測裝置,，但是由于它只能檢測某個(gè)固定范圍內(nèi)運(yùn)動的被監(jiān)測人員的生命體征,，并且要在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)進(jìn)行監(jiān)測，因此應(yīng)用范圍受到了極大的限制,。
    總的來說,，以上這些設(shè)備儀器的體積大，重量大,，不方便個(gè)人隨身攜帶,，無法對在野外作業(yè)和旅游等移動人員進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并且對被監(jiān)測的移動人員發(fā)生意外情況時(shí)無法報(bào)警和定位,，也無法進(jìn)行實(shí)時(shí)救助指導(dǎo),。本文提出一種基于GPS/GPRS的生命體征監(jiān)測系統(tǒng)，可以對工作人員的生命體征信號進(jìn)行遠(yuǎn)程檢測,。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    基于GPS的遠(yuǎn)程生命體征監(jiān)控系統(tǒng)主要由生命體征采集單元,、數(shù)據(jù)處理單元、遠(yuǎn)程監(jiān)控單元3部分組成,，圖1給出了該系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),。生命體征采集單元通過體溫、血壓,、脈搏傳感器檢測人體生命信號,并將采集到的模擬信號傳輸給數(shù)據(jù)處理單元,。數(shù)據(jù)處理單元在信號處理模塊中對接收到的信號進(jìn)行去噪、放大等預(yù)處理,；再通過A/D轉(zhuǎn)換得到生命體征的數(shù)字信號,，在微處理器中對數(shù)字信號進(jìn)行收集。當(dāng)收集到滿足預(yù)定量的數(shù)據(jù)或者接收到GSM/GPRS信號要求發(fā)送生命信號時(shí),，將這些信號發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)控單元,；與此同時(shí)，可以將生命體征信號顯示在顯示器上,，讓佩戴人員了解自己的身體狀況,。監(jiān)控中心將接收到的生命體征信息保存到數(shù)據(jù)庫中，并實(shí)時(shí)監(jiān)控被監(jiān)測人員的體征狀況,。一旦看到生命信號有異?；虮槐O(jiān)測人員發(fā)出急救信號，則監(jiān)控中心向裝置發(fā)送位置定位指令,；裝置接收到指令后開啟GPS定位模塊的定位功能,持續(xù)向監(jiān)控中心發(fā)送位置定位信息,監(jiān)控中心根據(jù)被檢測人員位置快速地前往進(jìn)行救援。

2 系統(tǒng)組成
2.1 生命體征采集單元
    體溫、血壓,、脈搏能體現(xiàn)出人體的生命狀況,，而且這些信號都能從胳膊或手腕上獲得。為了使人佩戴起來舒服,采用負(fù)溫度系數(shù)NTC(Negative Temperature Coefficient)MF51熱敏電阻,。它具有體積小,、精度高、反應(yīng)靈敏,、穩(wěn)定,、抗老化等特點(diǎn)，且便于集成,。熱敏電阻Rv和測量電阻Rm(精密電阻)組成一個(gè)簡單的串聯(lián)分壓電路,，參考電壓Vref經(jīng)過分壓可以得到一個(gè)隨著溫度值變化而變化的電壓值VADC，這個(gè)電壓的大小將反映出NTC電阻的大小,，從而也反映出相應(yīng)溫度值,。利用查表法可得出熱敏電阻的電阻值以及對應(yīng)的溫度值。
    通過歐姆定律可以得到輸出電壓值VADC和NTC電阻值的一個(gè)關(guān)系表達(dá)式：
    VADC＝Vref×Rm/(Rv+Rm)          (1)
    在ADC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的過程中,不可能每一個(gè)電阻數(shù)值在關(guān)系表中都正好是溫度所對應(yīng)的ADC數(shù)值,，所以需要在關(guān)系表中兩個(gè)數(shù)據(jù)的中間進(jìn)行線性插值,，從而進(jìn)一步得到精確溫度值。設(shè)計(jì)后,其測溫范圍為32℃～46℃,，響應(yīng)時(shí)間≤10 s,，測溫精度可達(dá)0.2℃。
    血壓傳感器采用BP300T芯片,，它是專為電子血壓計(jì)開發(fā)的一款壓力傳感器,，具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單,、性能穩(wěn)定,、可靠性好、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),，非常適用于腕式/臂式電子血壓計(jì),、醫(yī)療按摩器等需要控制氣體壓力的設(shè)備和器械中。其傳感電路和外圍電路原理圖如圖2所示,，傳感電路主要包括BP300T壓力傳感器和AD620儀用放大器,，外圍電路則使用LM324四運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)對袖套壓力信號的分離。當(dāng)裝置收到測量血壓指令時(shí),，微處理器控制微型直流氣泵電機(jī)令其工作（輸出高電平）,，氣泵對連接的袖套進(jìn)行充氣，加大壓力,，通過氣管與袖套相連的BP300T芯片傳感器對袖套的壓力進(jìn)行采樣,；當(dāng)袖套壓力達(dá)到190 mmHg時(shí)停止充氣（輸出低電平）,，袖套的固定放氣閥由快到慢地進(jìn)行緩慢放氣，同時(shí)血壓傳感器對袖套的壓力進(jìn)行采樣,；當(dāng)微處理器檢測到袖套壓力的數(shù)值低于40 mmHg時(shí),，檢測結(jié)束。

    脈搏傳感器采用SHK-2000B+傳感器,，其將力敏元件(PVDF壓電膜),、靈敏度溫度補(bǔ)償元件、感溫元件,、信號調(diào)理電路,、幅度調(diào)整電路、基線調(diào)整電路集成在傳感器內(nèi)部,，輸出完整的脈搏波電壓信號,，具有靈敏度高、抗干擾性能強(qiáng),、過載能力大,、一致性好、性能穩(wěn)定可靠,、使用壽命長等特點(diǎn),。　　
2.2 數(shù)據(jù)處理單元
    數(shù)字信號處理器采用ATMEGA128微處理器,。ATMEGA128微處理器是ATMEL系列高性能,、低能耗AVR 8位微處理器，內(nèi)部集成兩個(gè)8位定時(shí)器,、8路10位A/D轉(zhuǎn)換器,、多組8路I/O端口以及多個(gè)內(nèi)部和外部中斷源，完全滿足本裝置的輸入/輸出和A/D轉(zhuǎn)換需求,。ATMEGA128微處理器主要外圍接口電路原理圖如圖3所示,。ATMEGA128微處理器可在自動測量模式和手動測量模式工作。當(dāng)在自動模式工作時(shí),，ATMEGA128微處理器將會定時(shí)循環(huán)采集各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù),，并向監(jiān)控中心發(fā)送檢測結(jié)果；當(dāng)在手動模式工作時(shí),，ATMEGA128微處理器將等待按鈕指令檢測指定的體征,，如體溫、血壓,、脈搏,。

     系統(tǒng)一旦監(jiān)測到嚴(yán)重的異常情況或被監(jiān)測人員自己連續(xù)按下緊急求救報(bào)警按鈕，ATMEGA128微處理器將自動開啟GPS定位模塊的定位功能,，并向監(jiān)控中心發(fā)出緊急求救信號和位置信息,，等待救援,。微處理器工作流程如圖4所示。圖5是血壓檢測的流程控制,。

2.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控
    遠(yuǎn)程監(jiān)控中心運(yùn)行在Windows XP系統(tǒng)中,通過C語言和MS SQL Server數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì),。監(jiān)控中心將從GPRS傳輸過來的數(shù)字信息保存到數(shù)據(jù)庫中,，并對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測分析,。當(dāng)發(fā)現(xiàn)接收到生命信號有異常并有一定持續(xù)性，則立即通過GPRS將救助方法傳送到數(shù)據(jù)處理單元的顯示裝置上,，先進(jìn)行遠(yuǎn)程救助指導(dǎo),。如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)存在嚴(yán)重的異常狀況，需要到現(xiàn)場救助,，則監(jiān)控中心向數(shù)據(jù)采集裝置發(fā)送位置定位指令,，數(shù)據(jù)采集裝置接收到指令后開啟GPS定位模塊的定位功能，向監(jiān)控中心發(fā)送位置定位信息,，直到監(jiān)控中心確認(rèn)收到位置消息,。在被監(jiān)測人員自己感覺嚴(yán)重不舒服的狀況下，也可以連續(xù)按下緊急求救報(bào)警,，ATMEGA128微處理器將自動開啟GPS定位模塊的定位功能,，并向監(jiān)控中心發(fā)出緊急求救信號和位置信息，等待救援,具體的流程如圖6所示,。從該系統(tǒng)中可以掌握被檢測人員的基本信息,，這個(gè)在被檢測者佩戴檢測裝置時(shí)輸入，檢測結(jié)果是被檢測人員身體和位置的信息,，通過數(shù)據(jù)采集,、數(shù)字處理、遠(yuǎn)程監(jiān)控3個(gè)部分協(xié)同合作得到,。

    本文提出基于GPS的遠(yuǎn)程生命信號監(jiān)測系統(tǒng),，通過生理傳感器、微處理器,、無線通信,、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，對采集到的與人體生命相關(guān)的信號進(jìn)行傳遞與分析,，可以應(yīng)用于長期在戶外工作的人員以及老年人的日常生活中,。該系統(tǒng)不僅能正確將生命信號傳送到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心,還可以對其進(jìn)行分析。同時(shí),，系統(tǒng)還能對佩戴人員的位置進(jìn)行定位,，并根據(jù)需要可以對佩戴人員進(jìn)行遠(yuǎn)程救助和現(xiàn)場救助；另外,，該系統(tǒng)的監(jiān)測裝置使用嵌入式技術(shù),使結(jié)構(gòu)緊湊,、輕便,。
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