第１５卷第２期 南京师范大学学报（工程技术版） Ｖｏ１．１５ Ｎｏ．２ ２０１５年６月 ＪＯＵＲＮＡＬ ０Ｆ ＮＡＮＪＩＮＧ ＮＯＲＭＡＬ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＥＤＩＴＩＯＮ） Ｊｕｎｅ，２０１５ 基于无线传感网的消防员生命体征参数 监测系统研究 邹 鸣 ，鲍贤亮 ，陈年海 ，徐一凡 ，庄建军 ，－７新宝 （１．南京森林警察学院学生处，江苏南京２１００２３） （２．南京大学电子科学与工程学院，江苏南京２１００２３） ［摘要］ 本文设计了一种基于无线传感网的消防员生命体征参数监测系统．系统采用ＨＫ－２０ＯＯＢ＋脉搏传感器 采集人体脉搏信号，以单一ＣＣ２５３０芯片作为信号采集和无线通讯平台，用ｃ＃控件编写上位机监控软件，实现了 对消防人员生理参数的远程实时监控，包括实时脉搏波形显示和瞬时心率计算．本系统具有低功耗、远距离、高 稳定性的特点，为消防员野外救灾任务提供安全保障和支持． ［关键词］消防，Ｚｉｇｂｅｅ技术，无线传感网，可穿戴式设备 ［中图分类号］ＴＰ２７４ ［文献标志码］Ａ ［文章编号］１６７２—１２９２（２０１５）０２—００８３－０５ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ａ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｖｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ Ｆｉｒｅｍｅｎ ａｆ ，ｏｒｋ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｚｏｕ Ｍｉｎｇ ，Ｂａｏ Ｘｉａｎｌｉａｎｇ ，Ｃｈｅｎ Ｎｉａｎｈａｉ ，Ｘｕ Ｙｉｆａｎ ，Ｚｈｕａｎｇ Ｊｉａｎｊｕｎ ，Ｎｉｎｇ Ｘｉｎｂａｏ （Ｉ．Ｏｆｆｉｃｅ ｏｆＳｔｕｄｅｎｔＡｆｆａｉｒｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｆｏｒｅｓｔ Ｐｏｌｉｃｅ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００２３，Ｃｈｉｎａ） （２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００２３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｉｇｎｓ ａ ｆｉｒｅｍａｎ ｖｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋｓ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ＨＫ一２０００Ｂ＋ｐｕｌｓｅ ｓｅｎｓｏｒ，ＣＣ２５３０ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｌａｔｆｏｒｍ ａｎｄ ＰＣ Ｗｉｎｄｏｗｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｏｎ Ｃ＃，ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｒｅａｌｉｚｅｓ ｒｅｍｏｔｅ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ｆｉｒｅｆｉｇｈｔｅｒｓ’ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｐｕｌｓｅ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｄｉｓｐｌａｙ ａｎｄ ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ ｈｅａｒｔ ｒａｔｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅ ｏｆ ｌｏｗ ｐｏｗｅｒ，ｒｅｍｏｔｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ｈｉ【ｇｈ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ａｎｄ ｓｕｐｐｏｒｔ ｆｏｒ ｆｉｒｅｆｉｇｈｔｅｒｓ ｒｅｓｃｕｅ ｍｉｓｓｉｏｎ ａｎｄ ｈａｓ ｇｒｅａｔ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｖａｌｕｅ．Ｉｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈｅ ｂｒｏａｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ｉｎ ｃｏｎｊｕｎｃ— ｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｏｔｈｅｒ ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ ｗｅａｒａｂｌｅ ｄｅｖｉｃｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｉｒｅｆｉｇｈｔｉｎｇ，Ｚｉｇｂｅｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ，ｗｅａｒａｂｌｅ ｄｅｖｉｃｅｓ 据有关文献统计，１９９６年至２００５年的１Ｏ年间，全国消防员牺牲共１３１人，伤残１ ６１０人；而２００７年 至２００９年仅３年间，全国就有１５３名消防员牺牲，５００余人伤残．一方面消防员执行救火任务时发生意外 伤亡事件呈明显上升趋势，另一方面有关于消防员生命体征远程监控方面的相关研究尚属空白．消防救 火人员实时监测系统的开发可对消防员自身的安全预警、人员的合理调度、危险处境的及时救援提供必要 的保障和支持． 无线传感器网络技术在军事、农业、环境监测、医疗卫生、工业、智能交通、建筑物测量、空间探索等领 域有着广阔的应用前景和巨大的应用价值．本文参照无线传感网络在地震救灾…、矿井安全监测ｌ２ 等领 域的应用，设计一种基于无线传感网的消防员生命体征参数监测系统，以便消防人员在执行野外救灾任务 时，实时监测每位消防员的生理参数，及时了解参加消防救灾任务的消防员的人身安全情况． １系统整体框架 本系统主要分为３个部分：佩戴在消防员身上的脉搏传感器和无线发射装置、监测中心的无线接收装 收稿日期：２０１５－０１—１７． 基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金项目（ＬＧＹＢ２０１４１６）、国家级大学生创新训练计划项目（Ｇ１４１０２８４０２５）． 通讯联系人：庄建军，博士，副教授，研究方向：医学电子、嵌入式技术应用．Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｊｚｈｕａｎｇ＠ｎｊｕ．ｅｄｕ．ｃａ 一８３— 南京师范大学学报（工程技术版） 第ｌ５卷第２期（２０１５年） ２硬件模块设计 要 冀‘ 蔷等：皇 允 兰 串口无线通 日藿 圈ｉ 附近协调器和路由器返回的信标帧，尝试选择一 Ｉ上位机Ｈ协蒯器 终端二ｒ—＿＿１脉搏传感器Ｉ； 设备即可加人到此网络中 －７］． 图１系统的拓扑结构图 本系统协调器模块仍使用ＣＣ２５３０芯片，在 ｎｇ・ Ｔｏｌ￣ｌＯｇｙ ｏｆ ｗｈ０ｋ ｓｙ ３软件模块设计 ａｌＰｏｒｔ串口通讯控件接收协调器发送过来的脉搏数据 ］，最后处理数据、显示波形和计算心率．脉搏模拟 信号的最小值明显且突出，计算心率时，以脉搏波波形的最小值为特征点，记录相邻最小值间隔点的个数， 邹鸣，等：基于无线传感网的消防员生命体征参数监测系统研究 ［７］唐晓强，王红旭，陈庆兰．基于ＧＰＲＳ－Ｚｉｇｂｅｅ的路灯监控系统设计［Ｊ］．数据采集与处理，２０１０（Ｓ１）：１９６—１９９． Ｔａｎｇ Ｘｉａｏｑｉａｎｇ，Ｗａｎｇ Ｈｏｎｇｘｕ，Ｃｈｅｎ Ｑｉｎｇｌａｎ．Ｓｔｒｅｅｔ ｌａｍｐ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＧＰＲＳ—ＺｉｇＢｅｅ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ＆Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，２０１０（Ｓ１）：１９６—１９９．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［８］ 刘仁杰，姚星周．Ｗｉｎｄｏｗｓ环境下多线程多串口通信的实现［Ｊ］．工业控制计算机，２０１１，２４（５）：３２－３３． Ｌｉｕ Ｒｅｎｊｉｅ，Ｙａｏ Ｘｉｎｇｚｈｏｕ．Ｓｅｉｒｌａ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｕｓｅ ｏｆ ｍｕｈｉｔｈｒｅａｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｉｎ Ｗｉｎｄｏｗｓ ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ，２０１１，２４（５）：３２—３３．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［９］ 李正周，方朝阳，顾园山，等．基于无线多传感器信息融合的火灾检测系统［Ｊ］．数据采集与处理，２０１４，２９（５）：６９４－ ６９８． Ｌｉ Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ，Ｆａｎｇ Ｃｈａｏｙａｎｇ，Ｇｕ Ｙｕａｎｓｈａｎ，ｅｔ ａ１．Ｆｉｒｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｍｕｌｔｉ－ｓｅｎｓｏｒ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｆｕｓｉｏｎ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ＆Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，２０１４，２９（５）：６９４—６９８．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［１Ｏ］李战明，李振兴．ＺｉｇＢｅｅ技术在人员搜救系统中的应用［Ｊ］．电子测量与仪器学报，２０１１，２５（２）：１８６－１９０． Ｌｉ Ｚｈａｎｍｉｎｇ，Ｌｉ Ｚｈｅｎｘｉｎｇ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＺｉｇＢｅｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｒｅｓｅｕｅ ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，２０１１，２５（２）：１８６－１９０．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［责任编辑：严海琳］ （上接第１４页） ［５］ 崔新新．单自关断开关桥式短路故障限流器拓扑与控制策略［Ｄ］．南京：南京师范大学电气与自动化工程学院，２０１３． Ｃｕｉ Ｘｉｎｘｉｎ．Ｓｉｎｃｅ ｔｈｅ ｃｕｔ—ｏｆｆ ｓｉｔｗｃｈ ｐｉｐｅ ｂｒｉｄｇｅ ｔｙｐｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｆａｕｌｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｌｉｍｉｔｅｒ ｔｏｐｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ［Ｄ］．Ｎａｎｊｉｎｇ： Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｉｒｃａｌ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｉａｎｊｉｎｇ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１３．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［６］ 费万民，吕征宇，吴兆麟，等．三相接地系统短路故障限流器及其控制策略［Ｊ］．电力系统自动化，２００２，２６（８）：３３－３７． Ｆｅｉ Ｗａｎｍｉｎ，Ｌｕ Ｚｈｅｎｇｙｕ，Ｗｕ Ｚｈａｏｌｉｎ，ｅｔ ａ１．Ｓｈｏｒｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｆａｕｌｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｌｉｍｉｔｅｒ ｕｓｅｄ ｉｎ ｇｒｏｕｎｄｅｄ ｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｉｔｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｅ［Ｊ］．Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｉｒｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ，２００２，２６（８）：３３—３７．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［７］ 费万民，吕征宇，谭凌云，等．三相不接地系统短路故障限流器的研究［Ｊ］．电力系统自动化，２００２，２６（１６）：４８－５１． Ｆｅｉ Ｗａｎｍｉｎ，Ｌｕ Ｚｈｅｎｇｙｕ，Ｔａｎ Ｌｉｎｇｙｕｎ，ｅｔ ａ１．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｓｈｏｒｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｆａｕｌｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｌｉｍｉｔｅｒ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅ ｕｎｇｒｏｕｎｄｅｄ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｉｒｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ，２００２，２６（１６）：４８—５１．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［８］ 费万民，张艳丽，吕征宇．基于ＩＧＣＴ的新型固态桥式短路故障限流器［Ｊ］．电力系统自动化，２００６，３０（７）：６０－６４． Ｆｅｉ Ｗａｎｍｉｎ，Ｚｈａｎｇ Ｙａｎｌｉ，Ｌｕ Ｚｈｅｎｇｙｕ．ＩＧＣＴ—ｂａｓｅｄ ｎｏｖｅｌ ｓｏｌｉｄ ｓｔａｔｅ ｂｒｉｄｇｅ ｔｙｐｅ ｆａｕｌｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｌｉｍｉｔｅｒ［Ｊ］．Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｉｒｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ，２００６，３０（７）：６０—６４．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［９］ 费万民，张艳丽，孟照娟，等．基于自关断器件的三相不接地系统短路限流器及其实验研究［Ｊ］．电工技术学报，２００７， ２２（５）：６４—７０． Ｆｅｉ Ｗａｎｍｉｎ，Ｚｈａｎｇ Ｙａｎｌｉ，Ｍｅｎｇ Ｚｈａ￣ｕａｎ，ｅｔ ａ１．Ｆａｕｌｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｌｉｍｉｔｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｅｌｆ－ｔｕｒｎ－ｏｆ ｄｅｖｉｃｅｓ ｆｏｒ ｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅ ｕｎｇｍｕｎｄ— ｅｄ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｅｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ，２００７，２２（５）：４—７０．（ｉ６ｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［１０］ 张艳丽，费万民，吴勤．基于单可控开关的短路故障限流器［Ｊ］．电力自动化设备，２００９，２９（８）：４６－５０． Ｚｈａｎｇ Ｙａｎｌｉ，Ｆｅｉ Ｗａｎｍｉｎ，Ｗｕ Ｑｉｎ．Ｆａｕｌｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｌｉｍｉｔｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｉｎｇｌｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ ｓｗｉｔｃｈ［Ｊ］．Ｅｌｅｃｔｉｒｃ Ｐｏｗｅｒ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，２００９，２９（８）：４６—５０．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［责任编辑：严海琳］ 一８７—
