GPS全球定位技术在医疗监护装置中的应用

摘要 

本文探讨GPS全球定位技术在医疗监护中的应用，制备了GPS医疗监护定位装置，该装置主要由单片机控制模块和GPS接收模块两部分组成，具有精确度高、稳定性好、抗衰减能力强、耗电量小的优点，实现了对户外需看护。

1、前言

目前，我国有约3亿需照顾看护群体，这其中主要为儿童和老年病人。由于现代生活节奏紧张化，家长忙于工作，儿童拥有了更大的自由活动空间，经常发现儿童走丢、受伤的现象；医院的病人比如老年痴呆症患者也有走失现象发生。如何实现对此群体的随时监护，已成为广大照顾者们非常关心并急切希望解决的问题。

GPS（全球定位系统）[1]是美国从20世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的卫星系统，具有性能好、精度高、应用广的特点，已免费开放使用，是迄今最好的导航定位系统。随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断地开拓，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。我们采用GPS技术制备监护用的定位装置，以满足家庭对孩子、医院对病人的实时看护，从而使工作中的家长们放心，防止医院病人走丢，提高医院对病人的看护水平，扩大病人的活动范围。

2、装置硬件设计与实现

该医疗监护装置（图1）由两大部分组成：单片机控制模块和GPS接收模块，这两个模块之间通过串口机制进行信息的交互。.

图1  医疗监护装置系统结构

2.1单片机控制模块（图2）：

通过扩展外围电路，实现了对生理参数数据的采集、键盘操作、生理参数LCD显示和自动报警等。LCD我们采用G191液晶模块，192×128点阵，点尺寸为0.33×0.33mm,点距为0.04mm，驱动电源为＋5V和－20V。液晶控制器我们采用SED1335，该控制器用于接收来自控制模块的各种指令和数据，产生相应的时序对液晶屏进行控制显示，SED1335的软件功能非常强大，而且自带数据RAM，并可自行管理显示缓存区，方便我们使用。

图2  单片机控制模块电路

2.2 GPS接收模块：

负责从GPS卫星（空间部分）接收信息，并实时的将数据通过UART串口发送给单片机控制模块，在设计过程中，通过分析和比较，我们选用了台湾HOLUX公司的GR-85串口GPS接收器。在信号捕捉及信号精度方面，GR-85具有其独特的优势。其信号重新捕捉时间只需要100ms，最小速度更新率可达到1s。

GR-85接收模块采用串行通信方式，其数据格式定义如下：9600b／s，8个数据位，1个停止位，无极性输出。GR-85支持六种NMEA－0183协议信息：GGA，GLL，GSA，GSV，RMC，VTG。这六种信息的区别在于用户所能接收到的信息类型有所差别，例如在RMC格式中有速度的信息，而在其他的格式中却没有。设计者可以根据需要选择响应的信息格式，本实验利用RMC格式。表1为GPS接收模块管脚。接收模块与单片机通讯主要通过TXA脚。

表1  GPS接收模块管脚

3、系统软件设计与实现

GPS 接收板只要处于通电工作状态就会源源不断地把接收并计算出的GPS 导航定位信息通过串口传送到单片机系统中。对GPS 信息进行提取必须首先明确其帧结构，数据帧主要由帧头、帧尾和帧内数据组成。各帧均以回车符<CR>和换行符<LF>作为帧尾，标识一帧的结束。对数据帧处理，是先对帧头进行判断，然后对所需的帧进行数据的提取处理。由于帧内各数据段被逗号分割，因此在处理接收数据时一般是首先通过搜寻"$"的ASCII 码来判断是否是帧头，接着对帧头的类别进行识别，然后再根据识别出来的帧类型以及逗号‘，’个数来确定当前正在读取的是哪个参数，并作出相应的提取和存储。我们采用中断方式来获取GPS数据。

为了存放接收以及处理后的时间及其经度纬度数据，我们在内存中划出了固定的空间。其中3BH－5FH用来存放接收到的时间和经度纬度数据，6BH－7FH用来存放处理后的时间和经度纬度数据。
系统流程图如图3所示：

图3  系统流程图

3.1 GPS数据输出格式如下：

$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>*hh<CR><LF>
格式说明如下：<1> 当前位置的格林尼治时间，格式为hhmmss；<2> 状态, A 为有效位置, V 为非有效接收警告，即当前天线视野上方的卫星个数少于3 颗；<3> 纬度, 格式为ddmm.mmmm；<4> 标明南北半球, N 为北半球，S 为南半球；<5> 经度，格式为dddmm.mmmm；<6> 标明东西半球，E 为东半球，W 为西半球；<7> 地面上的GPS 接收器的移动速度； <8> 方位角，范围为000.0～359.9；<9> 日期, 格式为ddmmyy；<10> 地磁变化；<11> 地磁变化方向，为E 或W。

输出范例：$GPRMC,161229.487,A,3723.2475,N,12158.3416,W,0.13,309.62,120598, ,*10