作者：焦純楊國(guó)勝王健琪李洪義朱新亞

【關(guān)鍵詞】 傷員搜尋

關(guān)鍵詞: 傷員搜尋;單片機(jī);無線通信;微功耗

0 引言

新型的電子傷員尋找及生命監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠使戰(zhàn)場(chǎng)醫(yī)務(wù)人員及時(shí)了解傷員的準(zhǔn)確位置、傷情和休克的危急程度，以便在傷后短時(shí)間內(nèi)實(shí)施分類、優(yōu)化救治與后送;可以鑒定已死亡的士兵，避免將搶救隊(duì)派到敵對(duì)環(huán)境，造成不必要的傷亡.在復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下，即使傷員失去知覺，衛(wèi)生員也能憑借它迅速準(zhǔn)確地找到他們，從而節(jié)省了寶貴的救治時(shí)間，有效地提高戰(zhàn)場(chǎng)傷員生存率.

1 衛(wèi)生員手持設(shè)備的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

“電子傷員尋找及生命監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”主要由衛(wèi)生員手持設(shè)備和單兵佩帶設(shè)備兩部分組成.其中單兵佩帶設(shè)備是由非侵入性生理傳感器、信息處理機(jī)、低功率無線電收發(fā)機(jī)組成的微型裝置.

衛(wèi)生員手持設(shè)備系統(tǒng)又可以分為單片機(jī)部分和PC機(jī)部分.單片機(jī)部分由電源控制模塊、中央控制模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、鍵盤和顯示接口模塊、無線收發(fā)模塊、串行通信模塊等組成.PC機(jī)部分主要包括數(shù)據(jù)讀寫程序、通信程序、數(shù)據(jù)庫管理程序等.

為適合野外作業(yè)，衛(wèi)生員手持設(shè)備要體積小和功耗低.在不影響系統(tǒng)功能的情況下，盡量采用低功耗和小體積的電

基金項(xiàng)目: 軍隊(duì)基金資助項(xiàng)目（96M099）路設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)的重點(diǎn)和難點(diǎn).圖1是該設(shè)備的組成.

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)略

2 硬件系統(tǒng)

2.1 低功耗設(shè)計(jì) 低功耗是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要問題.由于CMOS電路具有極微小的靜態(tài)功耗、極易控制的動(dòng)態(tài)功耗和良好的電源管理特性，因此本系統(tǒng)中全部使用了CMOS集成電路.CMOS電路的功耗管理原則是最大限度地減少系統(tǒng)運(yùn)行中的平均功耗，實(shí)現(xiàn)零功耗的追求目標(biāo).根據(jù)CMOS電路的功耗特性，對(duì)系統(tǒng)實(shí)施“多干少耗、少干微耗、不干不耗”的優(yōu)化.

具體通過以下幾個(gè)方法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的低功耗設(shè)計(jì):在不影響電平匹配的情況下，盡量采用低電壓如3V供電的外圍器件.使用具有自關(guān)斷或外關(guān)斷功能的元器件.如本系統(tǒng)中用于串行通信的MAX3221［1］ ;采用CMOS單片機(jī)，使時(shí)鐘工作在較低頻率上，在能滿足系統(tǒng)要求下，把時(shí)鐘頻率定在6MHz.同時(shí)在系統(tǒng)不工作時(shí)使單片機(jī)處于休眠狀態(tài);對(duì)CMOS電路進(jìn)行防異常功耗設(shè)計(jì).如對(duì)CMOS電路的懸空輸入端實(shí)施終接;控制程序?qū)τ布到y(tǒng)的精細(xì)管理.如MCU低功耗運(yùn)行的最佳管理;可關(guān)斷器件的端口控制;系統(tǒng)的喚醒值守;認(rèn)真分析系統(tǒng)運(yùn)行中的有效運(yùn)行時(shí)空占空比，尋求最小時(shí)、空占空比的任務(wù)安排.

2.2 中央控制模塊 由于系統(tǒng)包括了常用單片機(jī)系統(tǒng)的各個(gè)功能，同時(shí)基于對(duì)性能和成本的綜合考慮，我們選擇了與MCS-51系列兼容的單片機(jī)系統(tǒng) LG半導(dǎo)體公司的GMS97系列中的GMS97L52，該單片機(jī)具有8K EPROM，256字節(jié)RAM，2.7V供電等特性.GMS97L52與INTEL的89C52，ATMEL公司的AT89C52在功能上完全相同，具有極好的通用性和兼容性.由于它還是一次性的可編程OTP版本，因而具有保密性強(qiáng)、成本低的突出優(yōu)點(diǎn).

GMS97系列單片機(jī)與INTEL的MCS-51［2］ 系列完全兼容，在控制程序設(shè)計(jì)和程序讀寫上沒有任何區(qū)別.在實(shí)驗(yàn)過程中采用ATMEL公司的AT89C52替代GMS97L52來進(jìn)行調(diào)試.GMS97L52具有3個(gè)計(jì)數(shù)器和6個(gè)中斷源，非常適合本系統(tǒng)中資源使用比較集中的應(yīng)用環(huán)境.

2.3 電源控制模塊 綜合考慮衛(wèi)生員手持設(shè)備的功耗和體積兩方面的要求，同時(shí)為與單兵手持設(shè)備中無線收發(fā)模塊的電平匹配，我們選擇了3V電池作為系統(tǒng)的整個(gè)供電電源.MAX856是一種高效、DC-DC直流泵升電路，對(duì)電池供電的電路尤其適合，在100mA時(shí)具有85%的轉(zhuǎn)換效率.在關(guān)斷模式下，僅有1μA的功耗.具有低電壓監(jiān)測(cè)功能，通過MAX856的電壓提升，使系統(tǒng)方便地實(shí)現(xiàn)了3V和5V兩種電壓方式的供電，同時(shí)此電路還有電源管理的作用，實(shí)現(xiàn)了總線分布式電源系統(tǒng). 圖2 電源控制電路略

2.4 鍵盤和液晶顯示接口 鍵盤和液晶顯示接口在本系統(tǒng)中是最重要的人機(jī)界面.鍵盤采用4×4行列式鍵盤，工作在行掃描方式.由于P0口不帶數(shù)據(jù)緩沖，而把鍵盤直接接在P1或P3口上會(huì)極大地占用寶貴的I/O口資源.這里采用了81C55擴(kuò)充I/O口，81C55作為常用的I/O口擴(kuò)展芯片，不僅能夠?yàn)閱纹瑱C(jī)系統(tǒng)擴(kuò)充足夠的I/O口，而且其片內(nèi)還包括256字節(jié)的RAM和一個(gè)14位計(jì)數(shù)器.能為單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)充寶貴的系統(tǒng)資源.系統(tǒng)中液晶顯示選用的是由HD61202控制的128×64點(diǎn)陣圖形液晶.

由單片機(jī)的P2.7和P2.6分別連接/CSA和/CSB，選通HD61202（1）和HD61202（2），E使能引腳由單片機(jī)的RD和WR與非后選通，D/I和R/W信號(hào)線分別連接P0.0和P0.1，這種連接方法可以節(jié)省兩根地址線.此時(shí)HD61202（1）的寫指令地址為#7000H，寫數(shù)據(jù)地址為#7001H，讀數(shù)據(jù)地址為#7003H，讀狀態(tài)地址為#7002H.

2.5 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊 為了使數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量足夠大且數(shù)據(jù)不易丟失，我們選用了Xicor公司的X84系列存儲(chǔ)器.

該存儲(chǔ)器是能與大多數(shù)微處理器直接接口的串行EEP- ROM，具有標(biāo)準(zhǔn)的芯片使能、輸出使能和寫使能信號(hào)控制引腳.具有一些普通EEPROM不具備的特點(diǎn):無需I/O口，無需接口連接邏輯，無需并行至串行轉(zhuǎn)換器，最高達(dá)10MHz的數(shù)據(jù)傳輸率，提供無等待讀操作，低功率（工作電流<1mA，等待電流<1μA），10萬次擦寫次數(shù)，硬件寫保護(hù)等.

本系統(tǒng)中，由該存儲(chǔ)器組成的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊無須任何連接和譯碼邏輯，多個(gè)存儲(chǔ)器芯片可以級(jí)連在一起，使存儲(chǔ)空間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過單片機(jī)常規(guī)的64K尋址空間.

2.6 無線通信模塊 無線通信模塊是衛(wèi)生員手持設(shè)備中的數(shù)據(jù)收發(fā)部分.它包括無線數(shù)據(jù)收發(fā)、接收強(qiáng)度指示和定向天線三個(gè)部分.

在便攜式設(shè)備的無線數(shù)據(jù)收發(fā)時(shí)，如何以盡量小的功耗來獲得最大的發(fā)射距離是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵.因而采用現(xiàn)成的小體積封裝和低功耗的無線收發(fā)芯片是最合適的選擇.RFM公司的收發(fā)集成芯片RX1000和HX1000是專為小體積和低功耗應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，均有完整的信號(hào)發(fā)生和信號(hào)調(diào)制電路.

由于RX1000的2引腳可以根據(jù)實(shí)際接收強(qiáng)度的不同輸出不同幅度的電平.因此可采用A/D器件來采樣RX1000的2引腳，以此來精確判斷搜尋傷員時(shí)某一方向上接收強(qiáng)度的大小.在有效的搜尋范圍內(nèi)，采樣后得到的接收強(qiáng)度越大，傷員就越有可能在此方向上，從而準(zhǔn)確確定傷員的尋找方向.

在此，我們選用了TI公司的10位串行A/D芯片TLV1549［1］ ，該器件體積小，占用單片機(jī)口線少，轉(zhuǎn)換速度適中，完全能滿足本系統(tǒng)的要求.圖3是TLV1549與單片機(jī)接口的原理圖.

圖3 A/D電路接口略

3 討論

衛(wèi)生員手持系統(tǒng)作為“電子傷員尋找及生命監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”的一個(gè)重要組成部分，在實(shí)際應(yīng)用中取得了較好的效果.它作為衛(wèi)生員一級(jí)的信息采集和處理平臺(tái)，能夠在野外作業(yè)時(shí)完成傷員定位、傷員生理參數(shù)傳輸、傷員數(shù)據(jù)查詢、分類建庫以及后續(xù)的數(shù)據(jù)庫管理等操作.它與單兵佩帶的腕帶式生理數(shù)據(jù)采集傳輸設(shè)備結(jié)合在一起，為我軍在戰(zhàn)時(shí)傷員搜尋方面提供了一個(gè)可行的解決方案.

參考文獻(xiàn):

［1］王子章，王長(zhǎng)龍.串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC1549在心臟監(jiān)護(hù)儀中的應(yīng)用［J］.1999;25（9）:66-67.

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