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基于无线信号强度变化的自动报警定位装置

郭阳洋

专业：电子信息工程指导教师：刁少岚

内容摘要：本文提出了一种基于无线信号强度变化的定位报警装置，可在实施救援任务的消防

员自身生命受到威胁时，及时进行定位发出求救报警信息，使其他消防员能够及时对其进行援救。

通过对各种无线定位技术的研究讨论，本文主要采用 SI4463 芯片对消防员进行测距定位，并设

计采用 LORA 扩频通信控制模块与 SX1278 进行了远距离的通信，以便更好地实现对消防员运动体

征信息收集、运动跟踪状态监测以及对火场内有害气体的实时监测，并进行判断在需要的时候将报

警信号发送至其他消防员处，使其接受到求救信息后可以及时实施救援任务，尽最大程度的保障消

防人员的安全。

关键词：无线通信信号强度定位自动报警

Automatic alarm positioning device based on wireless signal strength

change

Abstract：This paper proposes a positioning alarm device based on the change of wireless signal

strength, which can timely locate and send out the distress alarm information when the life of the

firefighters who carry out rescue tasks is threatened, so that other firefighters can rescue them in time.

Through research and discussion of various wireless positioning technologies, this article mainly

uses SI4463 chip to locate and locate firefighters, and designs to use LORA spread spectrum

communication control module to communicate with SX1278 at a long distance, so as to better achieve

the firefighters. Collection of sports sign information, motion tracking status monitoring and real-time

monitoring of harmful gases in the fire site, and judgment to send alarm signals to other firefighters

when needed, so that they can implement rescue tasks in time after receiving distress information.

Maximum guarantee the safety of firefighters.

KeyWords: Wireless communication Signal strength positioning Automatic alarm

第一章�绪论......................................................................................................................................1

1.1 课题的研究背景 ...................................................................................................................1

1.2 无线室内定位系统国内外发展现状 ....................................................................................1

1.3 论文的主要研究内容............................................................................................................2

第二章�系统设计要求分析 ..............................................................................................................2

2.1 无线定位需求分析 ..............................................................................................................2

2.2 系统总体设计方案简介.......................................................................................................2

第三章�系统硬件设计 ......................................................................................................................4

3.1 STM32 单片机外围电路.......................................................................................................4

3.2 系统各个子模块设计及简介 ................................................................................................4

3.2.1 手环信息采集模块 ....................................................................................................4

3.2.2 蓝牙通信模块............................................................................................................5

3.2.3 电源供电模块............................................................................................................5

3.2.4 气瓶气压监测模块 ....................................................................................................7

3.2.5 运动状态监测模块 ....................................................................................................8

3.2.6 液晶显示模块............................................................................................................8

3.2.7 有害气体检测模块 ....................................................................................................9

3.2.8 高度监测模块..........................................................................................................10

3.2.9 声光报警模块..........................................................................................................10

3.2.10 无线通信模块........................................................................................................11

第四章�系统软件设计 ....................................................................................................................14

4.1 设计流程框图 ....................................................................................................................14

4.2 系统初始化模块程序..........................................................................................................15

4.3 系统各功能模块程序..........................................................................................................15

4.3.1 运动状态监测模块 ...................................................................................................15

第一章绪论

1.1 课题的研究背景

近些年，移动互联网终端设备一直在进行着跨越式的发展，人们也越来越关注于位置信息相关

的应用技术发展，其中全球定位系统（GPS）就逐渐出现在了人们的视野中，其能够满足大多数情

况下的室外定位，但是当在复杂多变的室内环境中，人们生活的迫切需求则是希望能够准确地获得

其在室内的定位信息。现在很多手机应用或者导航设备装置均使用了 GPS 对其进行实时定位，这项

技术可以在室外的空旷环境中能够起到良好的定位作用，但是如若要对室内进行定位时，使用 GPS

则会产生很大偏差，其不能实现室内的定位。伴随着人民生活水平及质量的不断提高，应对自然灾

害的安全防范意识也在逐步提升，当需要应对各种突发情况如地震、火灾等各式各样的自然灾害，

这时定位报警技术就尤为关键，其可以在人员追踪、消防救火、人员救助等各个方面起到至关重要

的作用。

针对当前火灾报警发生后，由于缺乏对消防人员进入火场后的人身安全保障和定位，在近十年

中导致了将近 200 名消防人员牺牲，因此消防员的人身安全问题的到了社会各界的关注，为了能够

尽最大可能地保护消防人员生命安全，我们提出了一种可以及时报警并对受害者进行定位的一种设

备。其是基于无线信号强度变化的自动报警定位装置，当消防员生命体征信息或者氧气瓶发生问题

时，其可以自己可以产生报警信息同时对其进行定位并通过蓝牙通信传送至控制终端。结合当前消

防部门使用的火灾报警系统，通过对火灾发生时消防人员所佩戴手环上面的信息收集，统一传送给

终端控制显示器，能够尽最大可能的避免消防人员受到人身威胁，保障消防人员的生命安全。

1.2 无线室内定位系统国内外发展现状

国外定位系统研究如下：

Active Badge 定位系统：其主要定位原理是利用红外收发，由 AT&T 开发设计。由于红外信号

的传输会受到视距的影响，所以其定位效果并不能满足人们对室内定位的需求。

Bat 室内定位系统：由 AT&T 在 1999 年研发完成。该系统利用了超声波技术实现定位。其缺点

是：因为超声波信号容易受到障碍物的影响，而室内环境较为复杂且有较多的障碍物，故其室内定

位精度会受到较大的影响。

DARAR 系统：由美国加州大学与微软在 2000 年共同研究开发。该系统主要是基于 RSSI 的室

内定位方案。该系统的研究也开启了指纹定位的发展史，根据研究测试，DARAR 系统的定位精度

在 5 米左右。

国内定位系统研究如下：

INEMO 系统：由浙江大学的研究人员设计开发。此系统主要是根据用户本身与周围得参考节

点进行信息交换，经过 RSSI 来推断用户所处得位置。当用户发出请求想要进行更加精确的定位时，

这个系统将会通过各种信息交换来获取信号强度，从而进行加权质心定位运算。

LANDMARC 系统：该定位系统基于 RFID，是由香港科大的科研人员研发。该系统能够在相对

复杂的情形之下进行工作，定位精度较高，可扩展性能良好，并且拥有很高的实用性。

武汉大学的科研人员研究并开发了一种基于高斯模型的 WLAN 室内定位系统。该定位系统建立了

与位置信息相关的指纹数据库，然后利用各个无线接入点的相关性，提高了整个系统的定位精度。

目前室内定位在未来仍需要解决很多问题：（1）精度问题。（2）减少能耗和成本的难题。（3）

通用标准化问题。（4）未知复杂环境因素的定位问题。（5）安全隐私问题。

1.3 论文的主要研究内容

（1）研究并设计一种可判断佩带者运动状态的自动报警设备，要求在判断到佩戴人员停止运

动达到内部程序设定时间时，能够自动产生报警信息进行报警。

（2）该装置能够实现多设备间的通信，并且其通信距离需要达到 100 米以上。

（3）报警设备在产生报警信息的同时，需要能够产生较大的报警声音及明亮的警示灯光信息。

（4）该装置需要实现其他设备在收到报警信息后，可根据通信的无线信号强度变化来判断报

警设备与自身的距离从而达到定位功能，并可以及时进行搜救。

（5）该设备通过电源供电提供稳定的输出电压供给单片机和通信模块完成正常工作。

（6）完成各部分相关硬件的设计及相关软件的编程并组织进行了系统的调试、性能测试等相

关工作，使得该装置能够正常地运行。

第二章系统设计要求分析

2.1 无线定位需求分析

伴随着无线通信技术的高速发展，与位置信息相关的一些服务也受到了人民群众较大的重视。、

因无线信号在室内的复杂环境下无法直接进行信息传送，故当前的定位无法满足人类需求并且其定

位效率及精确度都十分低。科学技术顺应时代的发展，满足社会所需，由于如今社会发展迅速，各

种大型、巨型建筑的落地，对很多容易迷路、迷失方向的人来说，室内定位技术应运而生，使用其

进行室内精确定位，满足人们的日常所需。其次，室内定位技术对于我们抢险救灾，保障救护人员

的安全也带来了很大的便利。

2.2 系统总体设计方案简介

针对与论文研究内容要求我做出了相应的设计方案：

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