基于GPS/BD-2和GSM/GPRS的户外监护系统研究与实现

摘要：为解决当今社会中老人跌倒无人敢扶、得不到及时救助的问题，以及防止老人、儿童、智障者走失，设计了一种基于GPS/BD-2和GSM/GPRS的户外监护系统。该系统由MSP430F149单片机、GSM/GPRS无线通信模块、GPS/BD-2卫星定位模块和跌倒检测模块等部分组成。可实现跌倒检测、户外定位、短信求救和远程追踪等功能。该系统采用嵌入式设计，体积小、功耗低，适合用户长期佩戴;采用GPS/BD-2双模接收机模块，具有定位精度高的特点;采用GSM/GPRS网络进行无线通信，公共场所无通信盲区，数据传输稳定。

21世纪被称为“银发世纪”，世界范围内的老龄化浪潮滚滚而来。老年人口激增，老人的医疗保健问题愈来愈需要更好更智能的服务加以解决。跌倒是老年人常遇到的危险情况，已成为造成老年人意外伤亡的首要原因。然而，“老人摔倒后，路人不敢扶，担心被讹诈”这一社会问题日趋普遍。另外，老年人、智障者以及儿童走失的报道时常见诸报端，给走失者家属带来了经济和精神上的双重压力。因此，开发一种实用高效的户外监护系统迫在眉睫。目前，市场上常用的户外监护系统多为针对用户地理位置或心电的远程监护，没有跌倒检测功能;多采用GPS定位，没有结合我国自主研发的BD-2卫星定位系统。本文设计基于GPS/BD-2和GSM/GPRS的户外监护系统，以跌倒检测功能为特色，并结合GPS/BD-2卫星定位和GSM/GPRS无线通信，准确发送求救信号并给出最佳营救路线，同时可以对用户所处的地里位置进行实时监测，防止用户走失。

系统总体设计方案

该系统以中央处理器MCU为核心，在卫星定位模块、摔倒检测模块和无线通信模块的配合下，达到对用户进行户外监护的目标。监护系统框图如图1所示。

系统设计的总体目标是实现对老年人用户跌倒后的救助及时准确，对老年人、儿童、智障者用户的远程定位追踪准确快捷。为保证以上总体目标的实现，需达到以下四个具体目标：第一，跌倒检测算法最优化，既要使算法的准确性满足要求，保证足够低的误报率和错报率，又要使算法足够简洁，满足实时性要求;第二，用户位置的定位准确化，选择合适的GIS算法，将由卫星定位模块获得的经纬度坐标位置，准确地匹配到电子地图;第三，求救信息的发送可靠化，确保无线通信模块准确地响应中央控制器MCU的指令，准确无误地把求救信息发送给用户的监护人，并将用户的位置信息实时上传到网络数据库。第四，用户位置信息的远程追踪、查询实时化，确保及时回复用户监护人发出的用户位置查询请求，并保证可以通过访问网络数据库查询用户位置的历史记录和进行实时追踪。　　

系统硬件设计

系统硬件部分主要包括摔倒检测、卫星定位和无线通信三个模块。摔倒检测模块用于实时监测用户身体倾角和加速度参数，卫星定位模块用于实时监测用户所处位置和行动速度参数，无线通信模块用于发送求救短信、实时上传用户所处位置信息到网络数据库和接收用户监护人的查询请求。各模块在MSP430F149单片机的控制下相互配合，实现系统的各种功能，系统硬件连接原理框图如图2所示[4~5]。基于GPS/BD-2和GSM/GPRS的户外监护系统研究与实现