葉玉婷 章 磊 白青崗

(湖北理工學(xué)院電氣與電子信息工程學(xué)院 湖北 黃石 435003)

0 引 言

目前社會上主要戒毒方式分為強(qiáng)制性戒毒和自愿性戒毒。截止2016年底，全國共設(shè)立了789個(gè)戒毒藥物維持治療門診(含29輛流動服藥車)、600余個(gè)延伸服藥點(diǎn)。但由于各戒毒所往往更注重短期戒毒人員的生理戒斷，卻難以保證其“心理戒斷”，而心理戒斷和康復(fù)由于其周期長、難度大的特點(diǎn)，更是讓高達(dá)百分之九十的復(fù)吸率居高不下[1-3]。

為了更深層次地服務(wù)戒毒人員，本文設(shè)計(jì)了一種集實(shí)時(shí)監(jiān)測、定位、一鍵求助等功能的智能戒毒監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)是基于嵌入式技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)云平臺等設(shè)計(jì)開發(fā)的一款新型智能產(chǎn)品，可實(shí)時(shí)監(jiān)測戒毒者的身體狀況信息、位置信息和預(yù)警信息。同時(shí)，通過記錄戒毒人員有規(guī)律的出沒點(diǎn)，利用大數(shù)據(jù)對其進(jìn)行行為預(yù)判，戒毒機(jī)構(gòu)可做出相應(yīng)的處理，以減小戒毒人員二次吸毒或參與販毒犯罪的可能性。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)包括智能戒毒手環(huán)、PC端戒毒管理平臺和手機(jī)管理APP三部分。智能戒毒手環(huán)通過STM32單片機(jī)[4]控制心率傳感器MAX30102[5]和定位通信模塊MC20實(shí)時(shí)監(jiān)測戒毒者的身體狀況信息和位置信息。利用MC20模塊中的GPRS技術(shù)，智能戒毒手環(huán)將相關(guān)監(jiān)測信息和當(dāng)突發(fā)情況發(fā)生時(shí)的預(yù)警信息，實(shí)時(shí)發(fā)送給基于阿里云平臺[6]開發(fā)的后臺管理程序。戒毒監(jiān)管人員通過PC端戒毒管理程序或者手機(jī)APP，可實(shí)時(shí)監(jiān)測戒毒者的身體狀況信息，并在收到預(yù)警信息后，實(shí)時(shí)定位戒毒者的地理位置，以提供及時(shí)救助。同時(shí)，利用阿里云平臺大數(shù)據(jù)服務(wù)功能記錄戒毒人員有規(guī)律的出沒點(diǎn)，后臺管理程序可對戒毒人員進(jìn)行行為預(yù)判，以減小戒毒人員二次吸毒或參與販毒犯罪的可能性。

1.1 硬件電路設(shè)計(jì)

經(jīng)研究表明，吸毒時(shí)人的心率加快，體溫下降，因此我們在戒毒手環(huán)上集成了一個(gè)集脈搏血氧儀和心率監(jiān)測儀生物傳感器的MAX30102模塊，以監(jiān)測辨別戒毒人員的身體狀態(tài)。MAX30102采用一個(gè)1.8 V電源和一個(gè)獨(dú)立的5 V用于內(nèi)部LED的電源進(jìn)行供電，并通過IIC通信協(xié)議同STM32F103RBT6單片機(jī)進(jìn)行通信。其電路設(shè)計(jì)原理圖和相應(yīng)的PCB圖如圖2、圖3所示。

圖3 MAX30102模塊電路PCB圖

如圖4所示，在智能戒毒手環(huán)中植入的控制電路中主要包括STM32F103RBT6單片機(jī)、MC20無線定位通信傳輸模塊、MAX30102心率傳感器、電源管理電路和3.3伏降壓電路。當(dāng)佩戴者戴上手環(huán)時(shí)，STM32F103RBT6單片機(jī)通過IIC通信協(xié)議[7]接收MAX30102心率傳感器從佩戴者手腕脈搏處實(shí)時(shí)檢測、傳輸過來的心率、脈搏信息。STM32F103RBT6單片機(jī)再向MC20模塊發(fā)出控制指令，通過MC20模塊中的GPRS功能，利用TCP協(xié)議或UDP協(xié)議將監(jiān)測信息傳送到部署在阿里云服務(wù)器的后臺管理程序，從而實(shí)時(shí)監(jiān)測戒毒人員的身體狀態(tài)。

圖4 戒毒手環(huán)硬件原理圖

1.2 軟件設(shè)計(jì)

單片機(jī)控制電路的軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖5所示。STM32F103RBT6單片機(jī)[8-9]一方面通過IO口讀取來自MAX30102心率傳感器的心率脈搏信息，另一方面使用串口發(fā)送AT指令控制MC20模塊，并通過串口讀取MC20返回的定位信息。當(dāng)心率脈搏信息超過預(yù)設(shè)的報(bào)警閾值時(shí)或用戶按動一鍵報(bào)警信息時(shí)，用AT指令控制MC20模塊的無線透傳功能以指定的格式將上述信息上傳到安裝在云平臺上的管理程序。安裝在云平臺上的后臺管理程序通過百度地圖API，可以在百度地圖上實(shí)時(shí)顯示戒毒手環(huán)佩戴者的定位信息[10]。

2 系統(tǒng)測試

如圖6所示，在系統(tǒng)測試環(huán)節(jié)中，三個(gè)實(shí)驗(yàn)人員分別佩戴三個(gè)智能戒毒手環(huán)。開啟手環(huán)后，手環(huán)將佩戴者的實(shí)時(shí)位置信息和身體狀況信息發(fā)送給PC端戒毒管理中心。當(dāng)佩戴者發(fā)出求救信息時(shí)，在PC端戒毒管理程序能及時(shí)接收到智能戒毒手環(huán)發(fā)送的求救信息，并對其位置信息進(jìn)行定位，以展開救援。

圖6 定位求救測試圖

如圖7所示，當(dāng)三個(gè)實(shí)驗(yàn)人員如果在同一地點(diǎn)同時(shí)出現(xiàn)3次以上時(shí)，戒毒管理程序也會發(fā)出預(yù)警信息，以減小戒毒人員二次吸毒或參與販毒犯罪的可能性。

圖7 定位預(yù)警測試圖

3 結(jié) 語

本文設(shè)計(jì)了一種集實(shí)時(shí)監(jiān)測、定位和一鍵求助等功能為一體的智能戒毒監(jiān)測系統(tǒng)。相較于傳統(tǒng)戒毒方式，本文的智能戒毒監(jiān)測系統(tǒng)在安全性、智能性、可追溯性、實(shí)時(shí)性方面都有明顯優(yōu)勢。