GPS全球定位技術(shù)在醫療監護裝置中的應用

發(fā)布時(shí)間:2011-1-13 22:02    發(fā)布者:designer
關(guān)鍵詞: GPS , 全球定位 , 醫療監護
本文探討GPS全球定位技術(shù)在醫療監護中的應用,制備了GPS醫療監護定位裝置,該裝置主要由單片機控制模塊和GPS接收模塊兩部分組成,具有精確度高、穩定性好、抗衰減能力強、耗電量小的優(yōu)點(diǎn),實(shí)現了對戶(hù)外需看護。

1、前言

目前,我國有約3億需照顧看護群體,這其中主要為兒童和老年病人。由于現代生活節奏緊張化,家長(cháng)忙于工作,兒童擁有了更大的自由活動(dòng)空間,經(jīng)常發(fā)現兒童走丟、受傷的現象;醫院的病人比如老年癡呆癥患者也有走失現象發(fā)生。如何實(shí)現對此群體的隨時(shí)監護,已成為廣大照顧者們非常關(guān)心并急切希望解決的問(wèn)題。

GPS(全球定位系統)是美國從20世紀70年代開(kāi)始研制,歷時(shí)20年,耗資200億美元,于1994年全面建成,具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三維導航與定位能力的衛星系統,具有性能好、精度高、應用廣的特點(diǎn),已免費開(kāi)放使用,是迄今最好的導航定位系統。隨著(zhù)全球定位系統的不斷改進(jìn),硬、軟件的不斷完善,應用領(lǐng)域正在不斷地開(kāi)拓,目前已遍及國民經(jīng)濟各種部門(mén),并開(kāi)始逐步深入人們的日常生活。我們采用GPS技術(shù)制備監護用的定位裝置,以滿(mǎn)足家庭對孩子、醫院對病人的實(shí)時(shí)看護,從而使工作中的家長(cháng)們放心,防止醫院病人走丟,提高醫院對病人的看護水平,擴大病人的活動(dòng)范圍。

2、裝置硬件設計與實(shí)現

該醫療監護裝置(圖1)由兩大部分組成:?jiǎn)纹瑱C控制模塊和GPS接收模塊,這兩個(gè)模塊之間通過(guò)串口機制進(jìn)行信息的交互。.




圖1 醫療監護裝置系統結構

2.1單片機控制模塊(圖2):

通過(guò)擴展外圍電路,實(shí)現了對生理參數數據的采集、鍵盤(pán)操作、生理參數LCD顯示和自動(dòng)報警等。LCD我們采用G191液晶模塊,192×128點(diǎn)陣,點(diǎn)尺寸為0.33×0.33mm,點(diǎn)距為0.04mm,驅動(dòng)電源為+5V和-20V。液晶控制器我們采用SED1335,該控制器用于接收來(lái)自控制模塊的各種指令和數據,產(chǎn)生相應的時(shí)序對液晶屏進(jìn)行控制顯示,SED1335的軟件功能非常強大,而且自帶數據RAM,并可自行管理顯示緩存區,方便我們使用。



圖2 單片機控制模塊電路

2.2 GPS接收模塊:

負責從GPS衛星(空間部分)接收信息,并實(shí)時(shí)的將數據通過(guò)UART串口發(fā)送給單片機控制模塊,在設計過(guò)程中,通過(guò)分析和比較,我們選用了臺灣HOLUX公司的GR-85串口GPS接收器。在信號捕捉及信號精度方面,GR-85具有其獨特的優(yōu)勢。其信號重新捕捉時(shí)間只需要100ms,最小速度更新率可達到1s。

GR-85接收模塊采用串行通信方式,其數據格式定義如下:9600b/s,8個(gè)數據位,1個(gè)停止位,無(wú)極性輸出。GR-85支持六種NMEA-0183協(xié)議信息:GGA,GLL,GSA,GSV,RMC,VTG。這六種信息的區別在于用戶(hù)所能接收到的信息類(lèi)型有所差別,例如在RMC格式中有速度的信息,而在其他的格式中卻沒(méi)有。設計者可以根據需要選擇響應的信息格式,本實(shí)驗利用RMC格式。表1為GPS接收模塊管腳。接收模塊與單片機通訊主要通過(guò)TXA腳。




表1 GPS接收模塊管腳

3、系統軟件設計與實(shí)現

GPS 接收板只要處于通電工作狀態(tài)就會(huì )源源不斷地把接收并計算出的GPS 導航定位信息通過(guò)串口傳送到單片機系統中。對GPS 信息進(jìn)行提取必須首先明確其幀結構,數據幀主要由幀頭、幀尾和幀內數據組成。各幀均以回車(chē)符<CR>和換行符<LF>作為幀尾,標識一幀的結束。對數據幀處理,是先對幀頭進(jìn)行判斷,然后對所需的幀進(jìn)行數據的提取處理。由于幀內各數據段被逗號分割,因此在處理接收數據時(shí)一般是首先通過(guò)搜尋"$"的ASCII 碼來(lái)判斷是否是幀頭,接著(zhù)對幀頭的類(lèi)別進(jìn)行識別,然后再根據識別出來(lái)的幀類(lèi)型以及逗號‘,’個(gè)數來(lái)確定當前正在讀取的是哪個(gè)參數,并作出相應的提取和存儲。我們采用中斷方式來(lái)獲取GPS數據。

為了存放接收以及處理后的時(shí)間及其經(jīng)度緯度數據,我們在內存中劃出了固定的空間。其中3BH-5FH用來(lái)存放接收到的時(shí)間和經(jīng)度緯度數據,6BH-7FH用來(lái)存放處理后的時(shí)間和經(jīng)度緯度數據。

系統流程圖如圖3所示:





圖3 系統流程圖

3.1 GPS數據輸出格式如下:

$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>*hh<CR><LF>
格式說(shuō)明如下:<1> 當前位置的格林尼治時(shí)間,格式為hhmmss;<2> 狀態(tài), A 為有效位置, V 為非有效接收警告,即當前天線(xiàn)視野上方的衛星個(gè)數少于3 顆;<3> 緯度, 格式為ddmm.mmmm;<4> 標明南北半球, N 為北半球,S 為南半球;<5> 經(jīng)度,格式為dddmm.mmmm;<6> 標明東西半球,E 為東半球,W 為西半球;<7> 地面上的GPS 接收器的移動(dòng)速度; <8> 方位角,范圍為000.0~359.9;<9> 日期, 格式為ddmmyy;<10> 地磁變化;<11> 地磁變化方向,為E 或W。

輸出范例:

$GPRMC,161229.487,A,3723.2475,N,12158.3416,W,0.13,309.62,120598, ,*10

3.2 GPS信息接收程序:

中斷接收程序

XINTS:MOV A,SBUF

JB DFLAG,DF

JB CFLAG,CF

JB MFLAG,MF

JB RFLAG,RF

JB PFLAG,PF

JB G1FLAG,G1F

JB SFLAG,SF

XRL A,#24H

JZ SYES

MOV 20H,#00H;不是則清所有標志位

LJMP INTSOUT

SYES:SETB SFLAG;是$,設標志

LJMP INTSOUT

SF: XRL A,#47H;是第一個(gè)G么

JZ G1YES;是G轉G1TES

MOV 20H,#00H

LJMP INTSOUT

G1YES:SETB G1FLAG

INTSOUT:POP ACC

RETI

G1F: XRL A,#50H;是P么

JZ PYES;是則轉PYES

MOV 20H,#00H

LJMP INTSOUT

PYES:SETB PFLAG

LJMP INTSOUT

PF:XRL A,#52H;是R么

JZ RYES;是則轉RYES

MOV 20H,#00H

LJMP INTSOUT

RYES:SETB RFLAG

LJMP INTSOUT

RF:XRL A,#4DH;是M么

JZ MYES;是則轉MYES

MOV 20H,#00H

LJMP INTSOUT

MYES: SETB MFLAG

LJMP INTSOUT

MF:XRL A,#43H;是C么

JZ CYES;是轉CYES

MOV 20H,#00H

LJMP INTSOUT

CYES: SETB CFLAG

LJMP INTSOUT

CF:XRL A,#2CH

JZ DYES

MOV 20H,#00H

LJMP INTSOUT

DYES:SETB DFLAG

LJMP INTSOUT

DF:MOV @R0,A

DEC R0

DJNZ R3,INTSOUT

MOV R3,#25H

MOV R0,#3bH

LJMP INTSOUT

4、結果與討論

經(jīng)過(guò)實(shí)驗測試,該系統誤差在5米以?xún),在廣州市不同的地理位置、天氣狀況中測量,系統均可實(shí)現對目標的定位。系統每5秒鐘進(jìn)行一次數據刷新,使系統單位耗電量減小到連續測試耗電量的1/4。同時(shí),相比于利用紅外線(xiàn)、射頻技術(shù)定位測距等,本系統擁有更高的精確度、穩定性和抗衰減能力,有利于監護時(shí)的信息傳輸。

實(shí)驗證明:GPS技術(shù)應用于戶(hù)外活動(dòng)的病人及兒童的監護是可行的,可通過(guò)該系統對監護對象進(jìn)行實(shí)時(shí)監護,一旦病人處于危急狀態(tài),可通過(guò)GPS信息獲知病人位置,從而大大提高拯救病人效率,也可以將走丟的兒童及老年癡呆患者及時(shí)找回來(lái),同時(shí)該裝置也可以用于旅游、探險等野外活動(dòng)的定位跟蹤。

GPS技術(shù)用于軍事、交通、野外地質(zhì)找礦等領(lǐng)域的應用已有相關(guān)報道,但還未見(jiàn)GPS技術(shù)用于醫療監護方面的詳細報道,本文作者創(chuàng )新點(diǎn):具體探討了GPS技術(shù)應用于醫療監護定位的技術(shù)問(wèn)題,拓展了GPS技術(shù)的應用范圍,實(shí)現了一種新的醫療監護定位技術(shù)。由于GPS技術(shù)的免費使用以及該GPS醫療監護定位裝置所具備的高精確度、良好的穩定性、強大的抗衰減能力、較小的耗電量等優(yōu)點(diǎn),使GPS醫療監護定位裝置在醫療保健方面具有良好的應用前景。
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