|
本文探討GPS全球定位技術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、耗電量小的優點，實現了對戶外需看護。 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，家長忙于工作，兒童擁有了更大的自由活動空間，經常發現兒童走丟、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生。如何實現對此群體的隨時監護，已成為廣大照顧者們非常關心并急切希望解決的問題。 GPS（全球定位系統）是美國從20世紀70年代開始研制，歷時20年，耗資200億美元，于1994年全面建成，具有在海、陸、空進行全方位實時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，已免費開放使用，是迄今最好的導航定位系統。隨著全球定位系統的不斷改進，硬、軟件的不斷完善，應用領域正在不斷地開拓，目前已遍及國民經濟各種部門，并開始逐步深入人們的日常生活。我們采用GPS技術制備監護用的定位裝置，以滿足家庭對孩子、醫院對病人的實時看護，從而使工作中的家長們放心，防止醫院病人走丟，提高醫院對病人的看護水平，擴大病人的活動范圍。 2、裝置硬件設計與實現 該醫療監護裝置（圖1）由兩大部分組成：單片機控制模塊和GPS接收模塊，這兩個模塊之間通過串口機制進行信息的交互。. 圖1 醫療監護裝置系統結構 2.1單片機控制模塊（圖2）： 通過擴展外圍電路，實現了對生理參數數據的采集、鍵盤操作、生理參數LCD顯示和自動報警等。LCD我們采用G191液晶模塊，192×128點陣，點尺寸為0.33×0.33mm,點距為0.04mm，驅動電源為＋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據，產生相應的時序對液晶屏進行控制顯示，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，并實時的將數據通過UART串口發送給單片機控制模塊，在設計過程中，通過分析和比較，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具有其獨特的優勢。其信號重新捕捉時間只需要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個數據位，1個停止位，無極性輸出。GR-85支持六種NMEA－0183協議信息：GGA，GLL，GSA，GSV，RMC，VTG。這六種信息的區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。設計者可以根據需要選擇響應的信息格式，本實驗利用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TXA腳。 表1 GPS接收模塊管腳 3、系統軟件設計與實現 GPS 接收板只要處于通電工作狀態就會源源不斷地把接收并計算出的GPS 導航定位信息通過串口傳送到單片機系統中。對GPS 信息進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，是先對幀頭進行判斷，然后對所需的幀進行數據的提取處理。由于幀內各數據段被逗號分割，因此在處理接收數據時一般是首先通過搜尋"$"的ASCII 碼來判斷是否是幀頭，接著對幀頭的類別進行識別，然后再根據識別出來的幀類型以及逗號‘，’個數來確定當前正在讀取的是哪個參數，并作出相應的提取和存儲。我們采用中斷方式來獲取GPS數據。 為了存放接收以及處理后的時間及其經度緯度數據，我們在內存中劃出了固定的空間。其中3BH－5FH用來存放接收到的時間和經度緯度數據，6BH－7FH用來存放處理后的時間和經度緯度數據。 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＞ 格式說明如下：＜1＞ 當前位置的格林尼治時間，格式為hhmmss；＜2＞ 狀態, A 為有效位置, V 為非有效接收警告，即當前天線視野上方的衛星個數少于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 經過實驗測試，該系統誤差在5米以內，在廣州市不同的地理位置、天氣狀況中測量，系統均可實現對目標的定位。系統每5秒鐘進行一次數據刷新，使系統單位耗電量減小到連續測試耗電量的1/4。同時，相比于利用紅外線、射頻技術定位測距等，本系統擁有更高的精確度、穩定性和抗衰減能力，有利于監護時的信息傳輸。 實驗證明：GPS技術應用于戶外活動的病人及兒童的監護是可行的，可通過該系統對監護對象進行實時監護，一旦病人處于危急狀態，可通過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找回來，同時該裝置也可以用于旅游、探險等野外活動的定位跟蹤。 GPS技術用于軍事、交通、野外地質找礦等領域的應用已有相關報道，但還未見GPS技術用于醫療監護方面的詳細報道，本文作者創新點：具體探討了GPS技術應用于醫療監護定位的技術問題，拓展了GPS技術的應用范圍，實現了一種新的醫療監護定位技術。由于GPS技術的免費使用以及該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、較小的耗電量等優點，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。 |
