国际电气、电子和仪器工程高级研究杂志
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Mohammad Ehsan Salavati1阿里·易卜拉希米2Maryam Rezaee说3.，哈米德·雷扎·拉索利4
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| 有关文章载于Pubmed，谷歌学者 |
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士兵的身份识别牌(狗牌)似乎是研究最不充分和被忽视的研究领域之一。在战斗中，唯一的识别对象是一个金属识别标签，上面有士兵佩戴它的信息。为了找到并确认遇难者身份，必须搜索整个战区，以找到尸体或这些身份标签。这项任务不仅耗时，而且成本高昂，需要大量人力来搜索该区域。本文设计并实现了一种电子设备，以取代识别标签，帮助在战争期间或战争结束后尽快找到阵亡或受伤的士兵。为了找到士兵的位置，需要一种轻便、高效、坚固的定位模块，在所有环境中都能提供高精度。GPS虽然有缺点，但在满足上述要求的同时，也能提供足够的精度。采用射频传输将数据发送到操作中心。采用低功耗的32位ARM微控制器进行电路定时和数据处理，并保存士兵基本信息和医疗信息。这个设备的电池寿命很重要。 All the electrical equipment used in this device is low power consuming and with the written algorithm the device can work for months.
关键字 |
| 识别标签，定位，GPS，射频收发器，电路，战争伤亡 |
介绍 |
| 人类在地球上的3400年历史中，只有250年是和平的。在此期间，发生了14500场战争，其中150场发生在联合国成立之后，自17世纪以来，已有超过1.01亿人丧生。伊朗和伊拉克之间的战争是20世纪最长的常规战争。这场战争的伤亡人数为213255人，失踪人数为11697人。在战争期间或之后寻找和确认死者身份是一项艰巨而耗时的任务。在两伊战争20年之后，更多的死亡士兵被发现，并增加到上述数字[1,2]。 |
| 寻找并确认遇难者身份;为了找到他们的尸体或携带的身份标签，必须对整个战区进行搜查。这项任务不仅耗时，而且成本高昂，需要大量人力来搜索该区域。此外，一段时间后，腐烂的尸体或骨骼无法辨认。DNA检测是一种识别方法，但并非适用于所有情况。经过20多年的两伊战争，寻找失踪尸体的工作仍在继续，时不时会有更多的尸体被发现。 |
| 本文设计并实现了一种替代身份标签的电子设备，以帮助在战争期间或战争结束后尽快找到阵亡或受伤的士兵。这条线路会将伤亡人员的确切位置发送到基地指挥中心。此外，电路中还添加了一个按钮，以防止受伤和敌人攻击或需要帮助。所以士兵可以通过按下这个按钮来寻求帮助，在基地中心，士兵的确切位置将被接收。 |
| 拥有这样一个设备的好处如下: |
| 1-减少搜索每一寸区域寻找死者的耗时过程 |
| 2-减少本地搜索所需的人力 |
| 3-在需要时寻求帮助的能力 |
| 4-找到死伤者的确切位置 |
| 5-尽快将死伤者运出战区 |
| 尽快帮助受伤的士兵 |
| 7-在需要帮助的情况下，快速访问每个士兵的电子医疗记录和信息 |
| 8-了解行动中和行动后士兵的位置 |
相关工作 |
| 现在有各种各样的定位方法。其中包括GPS定位[4-10]、RFID定位[11-16]、利用电信网络定位[17-19]、GPS与GSM相结合定位[18,20]、辅助GPS定位[18,21]等短距离定位系统[22]。 |
| 总的来说，这些现代技术都不能在所有领域提供一种廉价、快速和可用的定位方法，都有一些优点和缺点。因此，每一种方法都是根据其应用和要求来使用的。使用GPS仍然是最好和最适用的定位方式，在任何天气条件下覆盖地球各地。除了可用性之外，它的模块也足够便宜、轻便和精确。GPS的主要缺点是不能在室内使用。 |
| 该装置由两个单元组成;士兵单位和行动中心单位。在部队中，使用射频发射机模块将数据发送到作战中心。采用低功耗的32位ARM微控制器进行电路定时和数据处理，并保存士兵基本信息和医疗信息。在操作中心单元中，使用射频接收器获取传输数据，使用ARM单片机处理数据，并使用特征LCD显示位置坐标和接收到的信息。此外，两个电路中的led都用于显示电路的工作状态。 |
基本概念 |
| 由于该设备的主要目标是取代识别标签，并帮助寻找死亡的士兵，因此编写的算法是基于这一问题。假定死去的士兵在一个固定的位置上没有移动。因此，不需要每秒钟重复传输身体位置。士兵单位每小时出发一次。在每个转弯时，GPS都能找到士兵的位置，位置数据通过UART端口传输到单片机。在对数据进行评估和有效性后，提取士兵的位置，并将其发送到射频发射机发送到作战中心。 |
| 然后，关闭电路，一小时后打开电路，重复上述步骤。提取士兵位置坐标后，将其与之前的坐标进行比较。如果位置没有按照之前的位置变化，则下一次转弯时间加倍。这意味着如果位置没有改变，电路将在2、4、8、16，最后24小时后打开。因此，如果尸体不动，它的位置就会在每天和很长一段时间内被传输一次。这种方法可以延长电池寿命，并且设备可以将人体坐标传输数月。如果位置再次改变，电路计时将再次为每小时一次。 |
| 在GPS每次试图查找位置时，微控制器等待200秒以获得GPS的有效数据。如果它没有接收到有效数据，就会发送“no SAT”信息，这意味着GPS无法找到足够多的卫星来接收数据。在此之后，电路被关闭，直到下一个例行时间，并且不会进入一个无限循环来寻找位置。 |
| 电路上还安装了一个按钮，以备需要帮助时使用。这个按钮是士兵在战斗中需要帮助时使用的。这些可能包括受伤，陷入困境，敌人的攻击，化学和生物攻击等。在所有这些情况下，按下按钮后，设备会找到准确的位置并传送到操作中心进行救援。操作中心的接收单元将显示“HELP ME”和士兵位置的信息。由于知道是谁请求帮助，救援队可以得到士兵的医疗记录，特别是他们需要的血型、健康状况、接种史等信息。这些信息也存储在每个设备的微控制器中，因为它是识别标签的替代品。 |
本项目使用的设备 |
| nRF24L01是一款2.4GHz单芯片收发器，内置基带协议引擎(Enhanced ShockBurst™)，专为超低功耗无线应用而设计。采用GFSK调制。它有用户可配置的参数，如频率通道，输出功率和空气数据速率。它只需要11.3mA TX在0dBm输出功率和12.3mA RX在2Mbps空气数据速率，只有900nA的电源下降，它有片上稳压器。 |
| LPC1768是一款基于ARM Cortex-M3的微控制器，适用于需要高集成度和低功耗的嵌入式应用。ARM Cortex-M3是下一代核心，可在高达100 MHz的CPU频率下运行。LPC1768的外设补充包括高达512 KB的闪存，64 KB的数据存储器，USB接口，4个UARTs, SPI接口，12位ADC, 10位DAC，带独立电池供应的超低功耗RTC，以及多达70个通用I/O引脚。 |
| fgpmmpopa6b是联发科单芯片GPS模块，尺寸小，16mm x 16mm x 6mm。它具有高达-163 dBm的高灵敏度跟踪和优越的城市性能。定位精度约3米。冷启动在35秒内，热启动通常在1秒内。采集只有4848ma，跟踪只有37ma，是一个低功耗的模块。 |
| 这是一个基本的16字符2行显示与黑色文本在绿色背景。它采用了非常常见的HD44780并行接口芯片组。 |
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实现 |
| 图1和图2分别为士兵和操作中心的电路示意图。为了模拟和绘制原理图，我们使用了Proteus软件。用Keil软件用C语言编写了作战中心单元和士兵单元的微控制器代码。 |
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| 在面包板上实现电路并测试器件性能后，将元件安装在PCB上。硬件结果如图3所示。两个电路都使用了一个9V电池。一个功率调节器用于士兵单元，为微控制器和GPS模块提供3.3V电源。另一方面，在操作中心单元中使用了两个调节器;一个用于5 V液晶显示器，一个用于3.3V微控制器。 |
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| 为了在现场使用，为这两个单元设计和制作了一个盖子。图4为士兵单元和作战中心单元。有了这个盖子，士兵单位可以附着在腰带或士兵的肩膀上，如图5所示。 |
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结果 |
| 为了方便地测试设备的性能，我们对算法进行了轻微的修改。它不是每小时开机，而是每分钟开机。如果坐标不变，此时间将每次增加1分钟，最多增加6分钟。因此，我们不需要等待几个小时来测试电路的性能。 |
| 该电路在3种情况下进行了测试:1)远离建筑物的开放空间，2)在市区和建筑物之间，如街道和后院，3)在室内靠近窗户的地方。研究结果如下。 |
结果是远离建筑物和山脉的开放空间: |
| 在远离建筑物的开放空间测试电路的结果如表1所示。在打开士兵装置一分钟后，GPS将收到数据，正如预期的那样，冷启动定位用时不到35秒。从表1中可以看出，由于设备的位置没有变化，所以电路的开关时间每次增加一分钟。由于GPS模块的精度约为3 ~ 5米，有时高达25米，即使设备的位置不改变，位置坐标也不完全相同。因此，在检查GPS接收到的数据后，我们发现小数点后第一个数字的变化显示了距离的变化，最大可达30米。因此，如果小数点后的第一个数字和小数点前的其他4个数字没有变化，则微控制器认为位置没有变化，并将下一次开始的时间增加一分钟。 |
| 对“帮助”按钮在不同距离下的性能也进行了测试，结果显示“帮助”按钮的性能很好，每次传输完坐标后，电路按照定时程序再次表现良好。 |
结果在城区和建筑物之间 |
| 此次在市区和街道、后院等建筑物中进行了性能测试。结果如表2所示。可以看出，GPS定位所需的时间与在开放空间中远离建筑物的采集时间相差不大。该装置在城市地区表现出良好的性能。这些结果是在多云和阴雨天气中获得的，这表明电路在恶劣的天气条件下具有可接受的性能。 |
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结果是室内靠近窗户 |
| 第三个测试条件是在封闭的环境中，靠近窗户的室内。测试结果如表3所示。可以看出，GPS模块接收卫星数据的时间比前两种情况都要长。如果窗户周围有其他建筑物，卫星接收数据的时间超过200秒，就会发送“没有卫星”信息，表明无法找到足够的卫星。 |
| TableIII |
室内和窗户附近的结果 |
| 该表显示了随着设备授时方案的增加，GPS获得位置坐标所需的经纬度位置数据和时间。 |
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结论与讨论 |
| 本文设计并实现了一种在战争和战争中代替标识牌，帮助罚款伤亡的装置。在战争期间或战争结束后，使用这种设备将极大地帮助寻找死亡士兵的耗时和艰巨的任务。此外，该设备还可存储士兵的基本信息和医疗信息，并可用于在需要时立即寻求帮助。 |
| 使用GPS是因为它是目前最适用的定位系统，在任何天气条件下都能覆盖全球。fgpmmpopa6b GPS模块具有功耗低、精度好、尺寸小等优点。lpc1768 ARM微控制器用于士兵单元和操作中心单元的处理和定时。NRF24L01收发模块用于发送和接收位置坐标和信息。本项目中使用的所有模块都是高效节能的，并且通过编写的算法，设备可以长时间工作。 |
| 该部队在3种条件下进行了测试:1)远离建筑物的开放空间;2)在市区和街道、院子等建筑物之间;3)在室内靠近窗户的地方。结果表明，在所有3种条件下，以及在恶劣的天气条件下，性能都是可以接受的。在开放空间和城区，启动和采集时间均小于30秒。在室内环境下，需要更长的时间，这是正常的。此外，该设备上还安装了一个“帮助”按钮，以便在按下按钮时请求帮助并发送需要帮助的士兵的确切坐标。 |
| 这个装置是一个原型。通过增加更多的仪器，可以扩大该装置的用途。例如，可以增加生物传感器，以监测士兵的健康状况并将数据传输到作战中心。射频收发器可用于士兵的实时导航和定位，以及许多最新技术，以在战斗期间和战斗结束后监测士兵的整体情况。 |
参考文献 |
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