GPS全球定位技術(shù)在醫(yī)療監(jiān)護(hù)裝置中的應(yīng)用

摘要 

本文探討GPS全球定位技術(shù)在醫(yī)療監(jiān)護(hù)中的應(yīng)用，制備了GPS醫(yī)療監(jiān)護(hù)定位裝置，該裝置主要由單片機(jī)控制模塊和GPS接收模塊兩部分組成，具有精確度高、穩(wěn)定性好、抗衰減能力強(qiáng)、耗電量小的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)戶外需看護(hù)。

1、前言

目前，我國(guó)有約3億需照顧看護(hù)群體，這其中主要為兒童和老年病人。由于現(xiàn)代生活節(jié)奏緊張化，家長(zhǎng)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(xiàn)兒童走丟、受傷的現(xiàn)象；醫(yī)院的病人比如老年癡呆癥患者也有走失現(xiàn)象發(fā)生。如何實(shí)現(xiàn)對(duì)此群體的隨時(shí)監(jiān)護(hù)，已成為廣大照顧者們非常關(guān)心并急切希望解決的問題。

GPS（全球定位系統(tǒng)）[1]是美國(guó)從20世紀(jì)70年代開始研制，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(dǎo)航與定位能力的衛(wèi)星系統(tǒng)，具有性能好、精度高、應(yīng)用廣的特點(diǎn)，已免費(fèi)開放使用，是迄今最好的導(dǎo)航定位系統(tǒng)。隨著全球定位系統(tǒng)的不斷改進(jìn)，硬、軟件的不斷完善，應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷地開拓，目前已遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)各種部門，并開始逐步深入人們的日常生活。我們采用GPS技術(shù)制備監(jiān)護(hù)用的定位裝置，以滿足家庭對(duì)孩子、醫(yī)院對(duì)病人的實(shí)時(shí)看護(hù)，從而使工作中的家長(zhǎng)們放心，防止醫(yī)院病人走丟，提高醫(yī)院對(duì)病人的看護(hù)水平，擴(kuò)大病人的活動(dòng)范圍。

2、裝置硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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

圖1  醫(yī)療監(jiān)護(hù)裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1單片機(jī)控制模塊（圖2）：

通過擴(kuò)展外圍電路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)生理參數(shù)數(shù)據(jù)的采集、鍵盤操作、生理參數(shù)LCD顯示和自動(dòng)報(bào)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(qū)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自控制模塊的各種指令和數(shù)據(jù)，產(chǎn)生相應(yīng)的時(shí)序?qū)σ壕吝M(jìn)行控制顯示，SED1335的軟件功能非常強(qiáng)大，而且自帶數(shù)據(jù)RAM，并可自行管理顯示緩存區(qū)，方便我們使用。

圖2  單片機(jī)控制模塊電路

2.2 GPS接收模塊：

負(fù)責(zé)從GPS衛(wèi)星（空間部分）接收信息，并實(shí)時(shí)的將數(shù)據(jù)通過UART串口發(fā)送給單片機(jī)控制模塊，在設(shè)計(jì)過程中，通過分析和比較，我們選用了臺(tái)灣HOLUX公司的GR-85串口GPS接收器。在信號(hào)捕捉及信號(hào)精度方面，GR-85具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。其信號(hào)重新捕捉時(shí)間只需要100ms，最小速度更新率可達(dá)到1s。

GR-85接收模塊采用串行通信方式，其數(shù)據(jù)格式定義如下：9600b／s，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)停止位，無極性輸出。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(qū)別在于用戶所能接收到的信息類型有所差別，例如在RMC格式中有速度的信息，而在其他的格式中卻沒有。設(shè)計(jì)者可以根據(jù)需要選擇響應(yīng)的信息格式，本實(shí)驗(yàn)利用RMC格式。表1為GPS接收模塊管腳。接收模塊與單片機(jī)通訊主要通過TXA腳。

表1  GPS接收模塊管腳

3、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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(jì)算出的GPS 導(dǎo)航定位信息通過串口傳送到單片機(jī)系統(tǒng)中。對(duì)GPS 信息進(jìn)行提取必須首先明確其幀結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)幀主要由幀頭、幀尾和幀內(nèi)數(shù)據(jù)組成。各幀均以回車符<CR>和換行符<LF>作為幀尾，標(biāo)識(shí)一幀的結(jié)束。對(duì)數(shù)據(jù)幀處理，是先對(duì)幀頭進(jìn)行判斷，然后對(duì)所需的幀進(jìn)行數(shù)據(jù)的提取處理。由于幀內(nèi)各數(shù)據(jù)段被逗號(hào)分割，因此在處理接收數(shù)據(jù)時(shí)一般是首先通過搜尋"$"的ASCII 碼來判斷是否是幀頭，接著對(duì)幀頭的類別進(jìn)行識(shí)別，然后再根據(jù)識(shí)別出來的幀類型以及逗號(hào)‘，’個(gè)數(shù)來確定當(dāng)前正在讀取的是哪個(gè)參數(shù)，并作出相應(yīng)的提取和存儲(chǔ)。我們采用中斷方式來獲取GPS數(shù)據(jù)。

為了存放接收以及處理后的時(shí)間及其經(jīng)度緯度數(shù)據(jù)，我們?cè)趦?nèi)存中劃出了固定的空間。其中3BH－5FH用來存放接收到的時(shí)間和經(jīng)度緯度數(shù)據(jù)，6BH－7FH用來存放處理后的時(shí)間和經(jīng)度緯度數(shù)據(jù)。
系統(tǒng)流程圖如圖3所示：

圖3  系統(tǒng)流程圖

3.1 GPS數(shù)據(jù)輸出格式如下：

$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>*hh<CR><LF>
格式說明如下：<1> 當(dāng)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(dāng)前天線視野上方的衛(wèi)星個(gè)數(shù)少于3 顆；<3> 緯度, 格式為ddmm.mmmm；<4> 標(biāo)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(biāo)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