一种数字化紧急救助系统的制作方法

本发明属于一种城市人员急救报警救助系统，特别涉及一种数字化紧急救助系统。

背景技术：

城市是一定区域的经济、政治、文化、信息和服务中心，城市在国民经济和社会发展中发挥着主导作用,它是现代文明的重要标志。而数字化城市，是指城市的信息化，是用数字化的手段来处理、分析和管理整个城市，促进城市的人流、物流、资金流、信息流、交通流的通畅和协调。数字化城市为调控城市、预测城市、监管城市提供了革命性的手段，是对城市发展方向本质性的一种描述。到目前为止，我国的数字化城市的发展极为迅速，但是也也不可避免地出现了一些新的社会问题，如城市中往往会发生一些突发事件，特别是老龄化社会的来临，必然在城市中会出现一些需要紧急求救的状况。因此，如何应用现代化数字技术手段，使需要得到紧急救助的人都能够得到及时的帮助，是当今急需解决的一个课题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种数字化紧急救助系统，本系统采用GSM网络通信和定位技术、ISM射频通信和定向技术和嵌入式技术,使用这三重定位方法可有效地保证使用者的位置能被精确地测量。

如上构思，本发明的技术方案是：一种数字化紧急救助系统，其特征在于：包括紧急呼救手机、射频测向仪、呼救发射器和基站，所述紧急呼救手机接收呼救发射器发出的信号，并将此信号输入到射频测向仪，紧急呼救手机与急救中心通过GSM双向通信，与基站双向通信；所述紧急呼救手机包括GSM模块、射频发射接收ISM模块、键盘与显示模块、语音电路、SIM卡、充电控制电路和蓄电池，GSM模块与射频发射接收ISM模块、键盘与显示模块、语音电路、SIM卡和充电控制电路双向连接，射频发射接收ISM模块与GSM模块之间通过一个同步信号接口SPI通信；所述基站由充电电路和射频发射接收ISM模块组成；所述呼救发射器由发射芯片和PIC微处理器连接组成；所述紧急呼救手机内部的射频发射接收ISM模块和基站中的射频发射接收ISM模块进行通信。

上述射频发射接收ISM模块包括射频发射接收器、微控制器和TX/RX转换开关；所述射频发射接收器与微控制器双向通信，射频发射接收器与TX/RX转换开关双向连接。

上述微控制器采用MSP430F1232。

上述射频发射接收器采用CC1020。

上述射频发射接收器与TX/RX转换开关之间连接TX放大器。

上述基站中的射频发射接收ISM模块的内存与紧急呼救手机内存相同。

本发明使用GSM和ISM无线通信技术和GSM网络定位及射频定位的多层定位技术，在发生紧急呼救的情况下，能够快速准确地确定呼救人的准确位置，并可自动地建立语音通话，使救护人员能够及时赶到现场营救。对于急病患者，急救中心的医护人员还可以通过语音通信指导呼救人在救护车到达之前进行必要的自救，也可以指导他人对其进行某些救助工作。

附图说明

图1是本发明的原理框图；

图2是紧急呼救手机MFAS的原理框图；

图3是射频发射接收模块ISM的原理框图；

图4是紧急呼救手机和基站之间的通信图；

图5是紧急呼救手机和基站之间的通信时间关系图；

图6是询问失败后的重复询问图；

图7是其它基站响应的情况示意图。

具体实施方式

1、系统组成：如图1所示：一种数字化紧急救助系统，由紧急呼救手机MFAS、射频测向仪DESI、呼救发射器IAT和基站BS组成。所述紧急呼救手机MFAS接收呼救发射器IAT发出的信号，紧急呼救手机MFAS将此信号输入到射频测向仪DESI，紧急呼救手机MFAS与急救中心通过GSM双向通信，与基站BS双向通信。

①如图2所示：紧急呼救手机MFAS主要由Wavecom的GSM模块(类似于手机机芯部分)和一个射频发射接收ISM模块构成。GSM模块提供给用户一个由ARM嵌入式系统部分和一个称为OPENAT的用户开发平台，使用户可以编写自己的应用程序，并通过模块协议与内部软件进行接口。这个模块是紧急呼救手机MFAS的控制核心。如图3所示，射频发射接收ISM模块主要是由一个微处理器MSP430F1232、一个25kHz窄带发射接收芯片CC1020和TX/RX转换开关组成，所述发射接收芯片CC1020与微控制器MSP430F1232双向通信，发射接收芯片CC1020与TX/RX转换开关双向连接，且它们之间连接有TX放大器。手机内的射频发射接收ISM模块与GSM模块的联络是通过一个同步信号接口SPI来实现的。

为了使老年人能够很方便地使用紧急呼救手机MFAS，该手机设计成一键形式。并且，为了提高系统的可靠性,该手机可同时使用两个不同网络的SIM卡。

②射频测向仪DESI使用了时间微分射频相位测向仪DESD。它应用了一种复合测量接收信号的方法，即传统的时间微分测量方法，同时，它也应用了信号相位差的方法。通过仪器内部超过千赫兹的频率来对双天线系统进行询问，对数据进行分析与处理，以去掉干扰信号。而且，对信号测量值进行相对的补偿计算，以得到准确的结果。这样，在大部分情况下，通过一次测量的结果就可以得到目标发射器所发出信号的方向。

③基站BS由充电电路和一个与紧急呼救手机内存相同的射频发射接收ISM模块构成，它既作为紧急呼救手机的充电器，又作为系统的基本站使用。它的内部存有一个识别码ID。手机中的射频发射接收ISM模块与基站中的射频发射接收ISM模块进行通信。

④呼救发射器IAT由发射芯片和PIC微处理器组成。在手机充电期间，使用者应该随身携带呼救发射器IAT。呼救发射器类似汽车的遥控钥匙，但它只有一个按键，当使用者按下这个按键后，它会引发紧急呼救手机MFAS向急救中心发出求救SMS短信息。

2、本发明的基本工作原理是：本系统使用了三重定位方法，从而保证使用者的位置能被发现并精确测量出来。第一重定位：使用GSM网络定位，它将给出紧急呼救手机MFAS登录天线的位置；第二重定位：家庭定位，即专用手机MFAS中的ISM模块与基站BS的ISM模块进行通讯，以查寻出使用者基站的准确码(ID)，并确定出使用者是在基站附近。第三重定位：使用者发出紧急呼救信号后，专用手机MFAS将控制ISM模块发出呼救信号和确认码，这个信号可覆盖超过半径为2km的范围。使用第三重近距离定位，弥补了GSM登录位置信息的误差，达到了精确测量的目的。

其具体过程为：当使用者按下紧急呼救手机MFAS或呼救发射器IAT的按键，进行紧急呼救时，MFAS首先确认其是否位于基站BS附近，即MFAS通过它内部的射频发射接收ISM模块向基站BS发出询问报文，当BS接收到询问报文后，向MFAS发出其所存储的ID，MFAS收到回电后，将这个代码ID写入SMS中。因为射频所能覆盖的范围就是其居住地，所以使用者应在自己的家中，急救中心FAC由此便得知呼救的具体位置。

还有一种情况：发出紧急呼救者不在(基站BS附近)家中，紧急呼救手机MFAS向基站BS发出询问报文后，得不到响应。这时急救中心FAC可根据紧急呼救手机MFAS登陆的网络天线位置来确认求救者的大约位置。当急救车到达这一天线所覆盖区域后，通过SMS启动呼救者紧急呼救手机MFAS中的射频发射接收ISM模块(也可以设置为自动启动)，使之用最大TX功率定时发出射频信号。这样急救车上的救护人员就可以通过射频测向仪DESI来确认其所在方向，并跟踪找到呼救者。

发射的信号如紧急救助手机MFAS和基站(充电器)BS之间应答、呼救发射器IAT所发出的辅助救助信号共使用了三种信息帧进行发送：

①呼救发射器IAT发出救助警报报文；

②紧急呼救手机MFAS发给基站的寻找报文；

③基站BS发给紧急呼救手机MFAS的基站代码报文。

这三种信息帧中均使用了CRC校验来进行错误校验，以提高数据传输的可靠性。CRC编码与解码使用POCSAG[3]算法，每一数据帧可以改正两个错误位。

3、紧急救助手机发射基站询问报文

为了确定求救者的具体位置，紧急呼救手机MFAS首先寻找基站BS。这一过程分为两步来进行：首先寻找自己的基站BS，人们称其为HOME基站BS。只有在没找到自己的HOME基站BS的情况下才进行第二步，即搜寻可能找到的所有基站BS。

如果求救者是在位于自己的HOME基站附近发出求救请求，则紧急呼叫手机MFAS执行第一步搜寻，首先发出包含HOME基站ID的寻找报文。HOME基站接收到寻找报文，并通过询问报文中的基站ID，确认报文是否是针对自己的询问请求后，连续发回两个相同的含有HOME基站ID的基站代码响应报文。发送两个相同的报文是为了提高通信的可靠性。具体过程如图4和图5所示。

如果呼救手机MFAS所发出的HOME基站查询报文由于受到干扰或其它原因，使得紧急呼叫手机经过一定的时间，没有得到响应，这时手机将重复发出第二次。HOME基站查询报文，如图6所示。这一过程最多重复3次。

在经过3次的询问均失败后，紧急呼叫手机MFAS执行第二步搜寻，即搜寻可能找到的所有基站。这时手机发出一个具有全零内容的ID，这相当于缺省ID的设置。当基站收到这样一个ID的查询命令时，也必须将其本身的基站ID回发。发生这种情况的条件是在MFAS所处的求救者位置附近，还存在其它的基站BS，如图7所示。

与第一步骤类似，在询问的过程中如果出现失败，紧急呼救手机MFAS将最多重试3次。另外，在附近存在几个基站的情况下，还有可能出现信息冲突问题。这些基站若同时回发其ID，则会发生数据的空中碰撞，使得MFAS得不到正确的数据。为了解决这个问题，系统采取了以下两种方法：

第一种方法是，令基站BS在回发ID数据报文前做一定的延时，其延时时间的长短取决于BS接收查询命令时RX电平的大小。这样，处于不同位置的BS所得到的RX电平也不同，它们就不会在同一时间回发ID报文。

第二种方法是，紧急呼救手机MFAS在发射查询所有基站BS的查询报文时，采用不同的发射功率。首先采用小功率发射第一次查询报文；如果没有得到响应，则在第二次重复发射时，使用中功率发射查询报文；最后使用最大的发射功率发射。这样逐步提高查询命令覆盖的范围，使其尽可能地减少同时收到报文基站的数量。

通过采用上述的两种方法，该系统几乎完全避免了数据的空中碰撞。