摘 要

物联网在船方面的应用最早是由欧美等发达国家开始实施,是指以船舶为活动场景，利用通信技术、自动化技术，物联网技术将船员生活的基本趋于与信息统筹起来综合管控，方便实时监测船员生理安全，提高海员在外航行的安全性。

本论文设计了一款基于蓝牙无线技术的船员生理信息系统，文中对与物联网的船舶化和蓝牙等相关的概念进行了介绍与相关说明，确定了基于蓝牙技术与物联网技术相结合方案，结合具体船员在航行中的场景及需求确定了以LabVIEW为核心的控制平台。以LabVIEW为控制平台，结合蓝牙通信技术，通过生理采集系统采集信息，定位系统进行精准定位，报警系统的准确预警以及上位机板块的管理可以实现对船员的生理状况的基本了解，并且可以在突发问题出现时可以及时进行第一手的救助。

关键字：物联网； 蓝牙通信； 定位； 报警；上位机

Abstract

Networking application in ship the earliest is implemented by the developed countries in Europe and America, is refers to ship for the activities of the scene, by using communication technology and automation technology, networking technology will crew life tends to be with information as a whole and comprehensive control, real-time monitoring crew of physiology, safety, convenient and improve seafarers sailing in safety.

This paper designs a wireless Bluetooth technology crew physiological information system based on, the Internet of things in the ship and Bluetooth related concepts were introduced and related instructions, determine the scheme based on combination of Bluetooth technology and networking technology, combined with the specific crew in sailing scene and demand determined using LabVIEW as the core control platform.Taking LabVIEW as the control platform, combined with Bluetooth technology, through physiological signal acquisition system to collect information, positioning system for accurate positioning, alarm system of accurate early warning and PC sector management can achieve a basic understanding of the physiological status of the crew, and in unexpected problems can timely rescue first hand.

Key Words: Internet of things;Bluetooth communication;Positioning; alarm; PC

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1基于物联网的生理信息系统的设计背景 1

1.2 国内外关于基于物联网的生理信息系统研究现状和发展现状 1

1.3支撑基于物联网的生理信息系统的技术与理论 2

1.3.1 船舶物联网是现代船舶的重要发展方向 2

1.3.2 物联网技术趋于成熟 2

1.3.3 基于蓝牙的无线通信系统的实现 2

1.4 研究基于物联网的生理信息系统的目的与意义 3

1.5 基于物联网的生理信息系统的简介 3

第2章 系统架构及整体设计方案 5

2.1系统的设计目标 5

2.2项目整体设计方案 5

2.2.1总工作站内部结构设计 5

2.2.2子工作站内部结构设计 6

2.3 船员生理信息采集系统 7

2.3.1船员生理信息采集系统的功能 7

2.3.2船员生理信息采集系统的组成 7

2.3.3船员生理信息采集系统的具体设计 7

2.4蓝牙无线通信系统 10

2.4.1蓝牙无线通信系统的功能 10

2.4.2无线通信系统的组成 10

2.4.3无线通信系统的设计 11

2.5 船员定位系统 14

2.5.1 船员定位系统的功能 14

2.5.2 船员定位的方法 14

2.5.3船员定位系统的设计 15

2.6 报警系统 15

2.6.1报警系统的功能 15

2.6.2报警系统的组成 16

2.6.3报警系统的设计 16

2.7 上位机与人机交互界面 18

2.7.1上位机与人机交互界面的功能 18

2.7.2上位机与人机交互界面的组成 18

2.7.3上位机程序设计 19

2.8船员生理信息数据库的设计 20

2.8.1船员生理信息数据库的功能 20

2.8.2船员生理信息数据库的组成 21

2.8.3船员生理信息数据库的设计 21

2.8.4船员生理信息数据库的优化 22

第3章 基于物联网的生理信息系统的经济性分析 23

3.1经济效益 23

3.2.1 节省费用计算 24

经济性计算: 24

3.2.2 船舶经济性计算 24

第4章 基于物联网的生理信息系统建模仿真 25

第5章 总结与展望 34

参考文献 35

致 谢 37

第1章 绪论

1.1基于物联网的生理信息系统的设计背景

目前国际物流中的重要的运输形式就是海洋运输，国际贸易总的载运量的2／3以上都是靠航海来完成，93％以上的我的对外贸易的运输任务是通过海上航运完成的。伴随着中国市场经济的快速发展，中国已然经成为了世界上极为重要的海运大国之一。根据劳氏公平年鉴(Lloyd’s Register Fairplay)的显示，我国航海船队在总吨位方面居于世界第九位，在航海船舶总数量方面高居世界第四位。中国已然成为众所周知的船员大国，不仅仅在船员数量上面，还有船员培训规模和能力，均位居世界首位。截止2011年4月，中国已有155万航船人员，其中海员约65万人，一举成为世界上海员数量最多的国家。现共计53所大中专航海院校在中国境内设立，海员每年培养规模高达4.6万人，并且外派海员高达10万多人次。尽管如此之大规模，但船员的健康却得不到很好的保障——长时间的海上工作，无生活作息规律的海上航行生活，对外界的信息闭塞，可供新鲜健康的食物缺乏、船体的不定期摇晃、长时间并且无规律的噪音、连续的机械振动、长期处于电磁辐射环境与高温度高湿度的环境，持续性疲劳的特殊职务岗位特点和值班管理制度等直接影响船员职业健康。便携的生理信息采集系统的问世，为实现船员生理信息管理提供了可能。利用该系统可以在船员生理状况发生异常时，使船员及时得到所需的医疗救助，这对船员、船舶行业，乃至社会都将带来积极的影响。

1.2 国内外关于基于物联网的生理信息系统研究现状和发展现状

至今为止，韩国的汉城国立大学已经研究制做出通过手腕传感器来采集和监测生理信号的便携式中小型监护仪器。同期，麻省理工大学(MIT)也顺利制出一款便携式医疗仪器，用途在于对血氧的饱和度、血压、脉搏容积(PPG)、心率、脉搏等生理信息进行采集和处理。但是，两者都还没有在船舶上构建合适的信息传输与管理平台。与此同时，国内部分高校对物联网技术在船舶上的应用有一定研究，但具体到物联网的船员生理信息管理系统还少有应用。大连交通大学邱占芝教授研究设计了基于物联网技术的系泊船舶监测系统，浙江大学先进控制研究所施一明副所长研究了基于物联网技术的船舶综合控制系统。但这些研究工作都是侧重在监测船舶运动状态或工况，研究成果并不满足本项目的需求。

1.3支撑基于物联网的生理信息系统的技术与理论

1.3.1 船舶物联网是现代船舶的重要发展方向

物联网技术的如今得到了巨大的发展和完善,其应用的广度和深度不也在不断加深。以现有的互联网的条件基础,物联网可以融合发展许许多多的感知技术。其本身也具有高度智能处理问题的能力,所以物联网技术现在受到各个行业的关注。最近几年,物联网技术在产品生产制造环节、信息化、节能减排、安全生产、经营管理环节等领域得到广泛发展与应用。当前,船舶行业中物联网技术的使用程度也越来越高，这无疑将是今后船舶航运领域的一个发展方向。

传统的船舶监测船员安全信息的工作不能实时监控船员的生理状态。构建船舶物联网体系,使得对船员生理状况的预测成为可能,生理信息采集系统通过无线传输系统、报警系统与上位机之间数据传输,完成船员信息监测、预测、异常情况救援等活动,提高船舶上工作人员的工作效率,有效避免了在船舶的航行过程中船员发生意外而无法及时进行救援的事情发生。船舱中的每位船员都佩戴传感器,实时监测，读入各项动态信息参数,并且通过无线通信系统与报警系统的监控电脑相连,搭建完成一个船舶物联网的基本框架体系,在线完成实时对船员的健康状态进行监测的功能。首先应将船舱中各个监测位置编号和分类,相应写入每一位上船人员的健康运行的详细信息的模型。各个编号监测点的实时信息由传感器读取,通过以太网与无线的结合，传输到指定服务器同时发射出查询指令,收到指令后的电脑,及时将预存入的健康运行信息模型与实时信息对比,通过相互比较分析,每个可能发生的异常情况可以及时找出,在第一时间反馈给救援人员,及时展开救援工作。

1.3.2 物联网技术趋于成熟

物联网技术是近20年才提出的新兴技术。它是一种泛在网络,建立在互联网基础之上，并且广泛应用了各种感知技术。物联网本身拥有智能处理的功能,可以对物体施行智能控制，而不仅是单单提供了传感器的连接。至今为止,包括智能交通、智能城市、智能工业、智能农业、智能家庭等,都在广泛使用物联网概念。我们考虑按照一定的协议, 将物联网技术应用于船舶行业,则能改善传统船舶行业的种种弊端,大大提高船舶的运行效率及船员的安全保障。

1.3.3 基于蓝牙的无线通信系统的实现

无线通信网络的组建是通过采用蓝牙4.0协议来实现，除此之外还设计了蓝牙网关完成以太网与蓝牙无线网络之间的相互连接，通过以太网接口从而完成信息资源共享、数据的远程共享等功能。作为具有使用范围最广泛的功能全球短距离无线标准之一，蓝牙无线技术已经得到了巨大的进步。三位一体的蓝牙技术应运而生，称作蓝牙4.0，它将高速蓝牙、低功耗蓝牙和传统蓝牙技术完美结合在一起。这三种类型蓝牙可以单独或组合使用，它具有低成本、低功耗和AES－128安全加密、跨厂商互操作性等诸多特点，在链路管理、应用层和基带中能够完成分级处理的多级安全机制，减少来自其他无线设备的干扰可以通过跳频技术来实现。

1.4 研究基于物联网的生理信息系统的目的与意义

基于物联网的船员生理信息管理系统的设计可以实现对所有船员信息的实时采集、显示和信息报警等功能，以便意外事故发生或者船员手动报警后，船上的管理人员能够尽快定位船员的位置，并采集相应的救援措施。本设计可应用于任何中大型船舶，特别是重要的货船或者油轮，船员发生意外将会造成大量的经济损失，对其船员生理信息的监测非常重要。