作者：焦純楊國勝王健琪李洪義朱新亞

【關鍵詞】 傷員搜尋

關鍵詞: 傷員搜尋;單片機;無線通信;微功耗

0 引言

新型的電子傷員尋找及生命監測系統能夠使戰場醫務人員及時了解傷員的準確位置、傷情和休克的危急程度，以便在傷后短時間內實施分類、優化救治與后送;可以鑒定已死亡的士兵，避免將搶救隊派到敵對環境，造成不必要的傷亡.在復雜的戰場環境下，即使傷員失去知覺，衛生員也能憑借它迅速準確地找到他們，從而節省了寶貴的救治時間，有效地提高戰場傷員生存率.

1 衛生員手持設備的系統結構

“電子傷員尋找及生命監測系統”主要由衛生員手持設備和單兵佩帶設備兩部分組成.其中單兵佩帶設備是由非侵入性生理傳感器、信息處理機、低功率無線電收發機組成的微型裝置.

衛生員手持設備系統又可以分為單片機部分和PC機部分.單片機部分由電源控制模塊、中央控制模塊、數據存儲模塊、鍵盤和顯示接口模塊、無線收發模塊、串行通信模塊等組成.PC機部分主要包括數據讀寫程序、通信程序、數據庫管理程序等.

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

基金項目: 軍隊基金資助項目（96M099）路設計是本系統的重點和難點.圖1是該設備的組成.

圖1 系統結構略

2 硬件系統

2.1 低功耗設計 低功耗是系統設計中的重要問題.由于CMOS電路具有極微小的靜態功耗、極易控制的動態功耗和良好的電源管理特性，因此本系統中全部使用了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運行中的平均功耗，實現零功耗的追求目標.根據CMOS電路的功耗特性，對系統實施“多干少耗、少干微耗、不干不耗”的優化.

具體通過以下幾個方法實現系統的低功耗設計: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.使用具有自關斷或外關斷功能的元器件.如本系統中用于串行通信的MAX3221［1］ ;采用CMOS單片機，使時鐘工作在較低頻率上，在能滿足系統要求下，把時鐘頻率定在6MHz.同時在系統不工作時使單片機處于休眠狀態;對CMOS電路進行防異常功耗設計.如對CMOS電路的懸空輸入端實施終接;控制程序對硬件系統的精細管理.如MCU低功耗運行的最佳管理;可關斷器件的端口控制;系統的喚醒值守;認真分析系統運行中的有效運行時空占空比，尋求最小時、空占空比的任務安排.

2.2 中央控制模塊 由于系統包括了常用單片機系統的各個功能，同時基于對性能和成本的綜合考慮，我們選擇了與MCS-51系列兼容的單片機系統 LG半導體公司的GMS97系列中的GMS97L52，該單片機具有8K EPROM，256字節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、成本低的突出優點.

GMS97系列單片機與INTEL的MCS-51［2］ 系列完全兼容，在控制程序設計和程序讀寫上沒有任何區別.在實驗過程中采用ATMEL公司的AT89C52替代GMS97L52來進行調試.GMS97L52具有3個計數器和6個中斷源，非常適合本系統中資源使用比較集中的應用環境.

2.3 電源控制模塊 綜合考慮衛生員手持設備的功耗和體積兩方面的要求，同時為與單兵手持設備中無線收發模塊的電平匹配，我們選擇了3V電池作為系統的整個供電電源.MAX856是一種高效、DC-DC直流泵升電路，對電池供電的電路尤其適合，在100mA時具有85%的轉換效率.在關斷模式下，僅有1μA的功耗.具有低電壓監測功能，通過MAX856的電壓提升，使系統方便地實現了3V和5V兩種電壓方式的供電，同時此電路還有電源管理的作用，實現了總線分布式電源系統. 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中是最重要的人機界面.鍵盤采用4×4行列式鍵盤，工作在行掃描方式.由于P0口不帶數據緩沖，而把鍵盤直接接在P1或P3口上會極大地占用寶貴的I/O口資源.這里采用了81C55擴充I/O口，81C55作為常用的I/O口擴展芯片，不僅能夠為單片機系統擴充足夠的I/O口，而且其片內還包括256字節的RAM和一個14位計數器.能為單片機系統擴充寶貴的系統資源.系統中液晶顯示選用的是由HD61202控制的128×64點陣圖形液晶.

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

2.5 數據存儲模塊 為了使數據存儲量足夠大且數據不易丟失，我們選用了Xicor公司的X84系列存儲器.

該存儲器是能與大多數微處理器直接接口的串行EEP- ROM，具有標準的芯片使能、輸出使能和寫使能信號控制引腳.具有一些普通EEPROM不具備的特點:無需I/O口，無需接口連接邏輯，無需并行至串行轉換器，最高達10MHz的數據傳輸率，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，硬件寫保護等.

本系統中，由該存儲器組成的數據存儲模塊無須任何連接和譯碼邏輯，多個存儲器芯片可以級連在一起，使存儲空間遠遠超過單片機常規的64K尋址空間.

2.6 無線通信模塊 無線通信模塊是衛生員手持設備中的數據收發部分.它包括無線數據收發、接收強度指示和定向天線三個部分.

在便攜式設備的無線數據收發時，如何以盡量小的功耗來獲得最大的發射距離是設計的關鍵.因而采用現成的小體積封裝和低功耗的無線收發芯片是最合適的選擇.RFM公司的收發集成芯片RX1000和HX1000是專為小體積和低功耗應用而設計的，均有完整的信號發生和信號調制電路.

由于RX1000的2引腳可以根據實際接收強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某一方向上接收強度的大小.在有效的搜尋范圍內，采樣后得到的接收強度越大，傷員就越有可能在此方向上，從而準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，占用單片機口線少，轉換速度適中，完全能滿足本系統的要求.圖3是TLV1549與單片機接口的原理圖.

圖3 A/D電路接口略

3 討論

衛生員手持系統作為“電子傷員尋找及生命監測系統”的一個重要組成部分，在實際應用中取得了較好的效果.它作為衛生員一級的信息采集和處理平臺，能夠在野外作業時完成傷員定位、傷員生理參數傳輸、傷員數據查詢、分類建庫以及后續的數據庫管理等操作.它與單兵佩帶的腕帶式生理數據采集傳輸設備結合在一起，為我軍在戰時傷員搜尋方面提供了一個可行的解決方案.

參考文獻:

［1］王子章，王長龍.串行模數轉換器TLC1549在心臟監護儀中的應用［J］.1999;25（9）:66-67.

［2］何立民.MCS-51系列單片機應用系統設計系統配置與接口技術［M］.北京:航空航天大學出版社，1999:54-149.