滑坡救援可穿戴无线搜呼救系统的研究与设计

发布时间：2017-07-16 10:13

  本文关键词：滑坡救援可穿戴无线搜呼救系统的研究与设计

  更多相关文章： 滑坡救援 可穿戴设备 微波通信可行性 天线小型化 低功耗 电磁相似性计算

【摘要】：在山体滑坡和其他掩埋灾难中,为提高营救成功率,减少人员伤亡,论文研究滑坡救援可穿戴无线搜呼救系统。其中,预置个人身份证号码、带有体温心率检测模块的可穿戴呼救设备为居住或进入滑坡区的人员配备,手持搜救设备为营救人员配备。为此根据滑坡物质的电磁特性,建立了导电媒质中的麦克斯韦方程,分析无线电波在其中的传播特性,估算传播距离、论证系统的可行性。根据ISM规定和滑坡现场监测系统所占频段,确定以点对点433 MHz为系统工作频率。为使呼救设备便于穿戴,设计了G形主辐射部分的小型化全向微带天线。组装搜呼救系统的基本硬件电路后,对可穿戴呼救设备进行了低功耗与小型化的改进,根据系统的能耗来源控制芯片和外围电路都使用了低功耗技术,元器件的选型和PCB电路的排布都融入了穿戴设备的特点。为系统设计的软件程序使通常情况下呼救设备周期性的进入待机状态和接收状态,当滑坡发生后,搜救人员通过搜救设备给它们发出开启呼救指令,接收到指令的呼救设备进入发射状态,发出包括佩戴者身份证号、实时体温和心率的呼救信息;搜救设备接收多个呼救设备的呼救信息,经过动态处理、增加和删除信息条目后,不重复的显示出来,给救援提供参考。软件程序利用控制芯片的低功耗控制功能,设计待机时间和工作时间的比值,在保证设备功能的情况下,进一步降低了能耗,使可穿戴呼救设备获得更长的待机时间。为在可能的条件下进行系统测试,推导了适用于滑坡体电性和系统工作频率的物理实验相似公式。湖水淹没替代滑坡掩埋实验结果表明,硬件电路和软件程序工作正常,搜救设备能接收到呼救信息且信号良好。搜呼救设备间最大通信相距3.8m,经相似公式换算到滑坡体中的最大通信距离约7.6m,这个距离对掩埋灾难救援是有意义的。在生命特征模块失去功能时,呼救设备仍可以发射包含佩戴者身份证号的呼救信息。可穿戴无线搜呼救系统为滑坡灾后的救援提供了一种新的技术手段。
【关键词】：滑坡救援 可穿戴设备 微波通信可行性 天线小型化 低功耗 电磁相似性计算
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN872
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-12
• 1.1 研究背景和意义9
• 1.2 滑坡救援搜救措施研究现状9-10
• 1.3 研究的主要内容10-12
• 第二章 系统总体方案与可行性分析12-22
• 2.1 搜呼救系统总体方案12-14
• 2.2 滑坡物质中微波的传播特性14-21
• 2.2.1 通信频段与电波传播特性14-19
• 2.2.3 滑坡体中 433MHz无线通信可行性分析19-21
• 2.3 本章小结21-22
• 第三章 可穿戴无线呼救设备天线的小型化22-32
• 3.1 微带天线的基本电参数22-24
• 3.2 天线小型化技术24-25
• 3.3 433MHz微带天线的小型化25-28
• 3.3.1 微带天线结构25-26
• 3.3.2 微带天线设计过程26-28
• 3.4 微带天线建模仿真28-31
• 3.5 本章小结31-32
• 第四章 搜呼救系统硬件电路低功耗与小型化改进32-45
• 4.1 搜呼救设备基本电路搭建32-34
• 4.2 可穿戴呼救设备能耗分析与节能方案34-36
• 4.3 可穿戴呼救设备低功耗与小型化设计36-40
• 4.3.1 无线收发模块电路36-37
• 4.3.2 体温和心率采集模块电路37-39
• 4.3.3 控制模块电路39-40
• 4.4 无线搜救设备的设计40-42
• 4.4.1 显示模块电路40
• 4.4.2 控制模块电路40-42
• 4.5 呼救与搜救设备PCB板设计42-44
• 4.6 本章小结44-45
• 第五章 搜呼救系统软件程序设计45-60
• 5.1 软件开发工具和环境45
• 5.2 可穿戴无线呼救设备软件45-55
• 5.2.1 呼救设备主程序46-48
• 5.2.2 体温与心率检测程序48-50
• 5.2.3 无线收发程序50-55
• 5.3 无线搜救设备软件55-59
• 5.3.1 搜救设备主程序55-56
• 5.3.2 无线收发程序56-58
• 5.3.3 呼救信息处理程序58-59
• 5.4 本章小结59-60
• 第六章 系统测试与分析60-68
• 6.1 系统测试60-65
• 6.1.1 模拟实验的相似性原理60-63
• 6.1.2 平台构建与测试63-65
• 6.2 测试结果分析与处理65-67
• 6.3 本章小结67-68
• 第七章 总结与展望68-70
• 7.1 总结68-69
• 7.2 展望69-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-75
• 攻读硕士期间发表的学术论文和科研情况75

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本文编号：548191