CN111870234A - 一种机载飞行员生理数据接收转发系统 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种机载飞行员生理数据接收转发系统，包括：数据接收模块，用于接收检测对象的多种生理数据；GPS接收模块，用于接收GPS时间信息；时钟模块，用于提供时钟信号；处理模块，用于根据所述GPS时间信息及所述时钟信号生成时间标签，为所述多种生理数据添加对应的时间标签，并对添加时间标签后的多种生理数据进行封装，得到封装数据；通信模块，用于将所述封装数据发送至机载遥测系统。本公开实施例满足了在飞机座舱环境中使用的需求，即便在各类生理传感器相互独立、数据格式各异的情况下也能实现实时监测，使得监测到飞行员生理数据信息出现异常时，可以及时应对，保证飞行安全。

Description

一种机载飞行员生理数据接收转发系统
技术领域
本公开涉及航空电子领域，尤其涉及一种机载飞行员生理数据接收转发系统。
背景技术
飞行是一种技术难度大，安全风险高的作业任务，对飞行员提出了非常严苛的要求，也给飞行员的生理机能带来了极大的挑战。在强任务负荷、高精神压力、复杂作业环境的联合作用下，飞行员的生理状态极可能发生异常，从而诱发人为差错，酿成事故，对飞行员生理状态进行实时监控意义重大。
临床医疗使用的生理体征监测设备由于体积重量大、集成度低、导线多等原因，会造成飞行员不适，且妨碍正常飞行操作，难以在座舱环境中使用。基于柔性电子技术的生理传感器具有体积小、可弯曲、无线传输的特点，可用于飞行员生理数据采集，但各类生理传感器相互独立、数据格式各异，无法实现多种生理数据的实时监测。
发明内容
有鉴于此，本公开提出了一种机载飞行员生理数据接收转发系统。
根据本公开的一方面，提供了一种机载飞行员生理数据接收转发系统，包括：
数据接收模块，用于接收检测对象的多种生理数据；
GPS接收模块，用于接收GPS时间信息；
时钟模块，用于提供时钟信号；
处理模块，用于根据所述GPS时间信息及所述时钟信号生成时间标签，为所述多种生理数据添加对应的时间标签，并对添加时间标签后的多种生理数据进行封装，得到封装数据；
通信模块，用于将所述封装数据发送至机载遥测系统。
在一种可能的实现方式中，所述多种生理数据的接收与所述对应的时间标签的生成同步进行。
在一种可能的实现方式中，所述封装数据包括所述时间标签，以及对应于同一所述时间标签的所述多种生理数据。
在一种可能的实现方式中，所述数据接收模块包括多个接收通道，多个接收通道接收多个检测对象的所述多种生理数据，其中，每个接收通道接收一个检测对象的所述多种生理数据；
所述封装数据还包括多个数据段，每个数据段表示一个检测对象的所述多种生理数据。
在一种可能的实现方式中，所述数据接收模块包括多个接收通道，多个接收通道接收一个检测对象的所述多种生理数据，其中，每个接收通道接收一种所述生理数据；
所述封装数据还包括多个数据段，每个数据段表示一种所述生理数据。
在一种可能的实现方式中，所述系统还包括显示模块，用于显示系统的工作状态，包括供电状态、数据接收状态以及GPS连接状态中的一种或多种。
在一种可能的实现方式中，所述封装数据还包括表示各接收通道是否有效的通道状态指示信息。
在一种可能的实现方式中，所述数据接收模块与检测所述生理数据的各传感器通过蓝牙连接。
在一种可能的实现方式中，所述生理数据包括心率、心电、体温、呼吸以及加速度中的一种或多种。
本公开实施例提供了一种机载飞行员生理数据接收转发系统，通过数据接收模块可接收检测对象的多种生理数据，并通过处理模块根据GPS时间信息和时钟信号为多种生理数据添加对应的时间标签，并对添加时间标签后的多种生理数据进行封装后发送，使得能够对多种生理数据进行实时监测，同步打包传输。本公开实施例满足了在飞机座舱环境中使用的需求，即便在各类生理传感器相互独立、数据格式各异的情况下也能实现实时监测，使得监测到飞行员生理数据信息出现异常时，可以及时应对，保证飞行安全。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。
图1示出根据本公开一实施例的一示例性应用场景的示意图。
图2示出根据本公开一实施例的机载飞行员生理数据接收转发系统的结构图。
图3示出根据本公开一实施例的机载飞行员生理数据接收转发系统的结构图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。
图1示出根据本公开一实施例的一示例性应用场景的示意图。如图1所示，该示意图显示的场景位于载人飞行器(例如飞机)座舱环境中，包括：上位机101、机载飞行员生理数据接收转发系统102、机载遥测系统103和佩戴生理传感器的检测对象104(例如飞行员、飞行教练员等)。生理传感器可以包括可以测量多种生理数据的集成式传感器和只能测量一种数据的非集成式传感器，可以测量心率、心电、呼吸、加速度、体温等生理数据，本公开对生理传感器的类型与生理传感器测量的生理数据类型不作限制。
在本应用场景中，检测对象为座舱环境中的一名飞行员，飞行员佩戴四种非集成式生理传感器，分别测量心率、心电、体温和加速度。
上述机载飞行员生理数据接收转发系统102包括数据接收模块和通信模块，数据接收模块包括4通道蓝牙模块，机载飞行员生理数据接收转发系统102可通过蓝牙模块与生理传感器进行无线数据传输，并可通过通信模块与上位机101和机载遥测系统103进行数据传输。
上述上位机101用于连接机载飞行员生理数据接收转发系统102进行系统参数配置，例如，上位机101可通过通信模块与机载飞行员生理数据接收转发系统102连接，通过AT指令进行系统参数配置，可配置的系统参数例如包括：波特率、数据位、校验方式、停止位和蓝牙模块与生理传感器的配对等，上位机101与机载飞行员生理数据接收转发系统102之间的串行通信协议的示例如下：
波特率：115200bps；
数据位：8位；
校验方式：无校验；
停止位：1位。
通过上位机101可选择1通道蓝牙模块发送启动配置指令，蓝牙模块开始扫描生理传感器，当扫描到生理传感器时把扫描到的生理传感器的MAC信息返回上位机101，上位机101可将扫描到的生理传感器与该蓝牙接收模块配对。依次完成4通道蓝牙模块与生理传感器的配对。
完成系统参数配置后，将机载飞行员生理数据接收转发系统102装机，通过通信模块与机载遥测系统103连接。接通电源后，机载飞行员生理数据接收转发系统102可自动连接生理传感器，开始接收生理数据。
上述机载飞行员生理数据接收转发系统102用于对接收的生理数据添加时间标签并封装，将封装后的生理数据通过通信模块发送给机载遥测系统103。
上述机载遥测系统103用于接收机载飞行员生理数据接收转发系统102发送的封装数据，并可对其包含的数据进行分析，存储等处理。
这样，可以便捷地对飞行员的多种生理数据进行实时监测，保证飞行安全。
图2示出根据本公开一实施例的机载飞行员生理数据接收转发系统102的结构图。如图2所示，该结构图包括：数据接收模块201、GPS接收模块202、时钟模块203、处理模块204、通信模块205。
数据接收模块201用于接收检测对象的多种生理数据；GPS接收模块202用于接收GPS时间信息；时钟模块203，用于提供时钟信号；处理模块204，用于根据所述GPS时间信息及所述时钟信号生成时间标签，为所述多种生理数据添加对应的时间标签，并对添加时间标签后的多种生理数据进行封装，得到封装数据；通信模块205，用于将所述封装数据发送至机载遥测系统。
本公开实施例提供了一种机载飞行员生理数据接收转发系统，通过数据接收模块可接收检测对象的多种生理数据，并通过处理模块根据GPS时间信息和时钟信号为多种生理数据添加对应的时间标签，并对添加时间标签后的多种生理数据进行封装后发送，使得能够对多种生理数据进行实时监测，同步打包传输。本公开实施例满足了在飞机座舱环境中使用的需求，即便在各类生理传感器相互独立、数据格式各异的情况下也能实现实时监测，使得监测到飞行员生理数据信息出现异常时，可以及时应对，保证飞行安全。
在一种可能的实现方式中，所述数据接收模块与检测所述生理数据的各传感器通过蓝牙连接。
例如，数据接收模块201可包括多通道蓝牙模块(例如4通道蓝牙模块)，支持BLE4.0协议，各蓝牙模块可采用邮票孔拼装连接方式进行拼接，模块可携带陶瓷贴片天线，可带有独立晶振及周围电路，工作频段可为2.4GHz，可通过UART总线与处理模块204连接。
这样，可以通过蓝牙模块无线接收生理数据，不影响飞行员的正常飞行操作。
在一种可能的实现方式中，所述多种生理数据的接收与对应的时间标签的生成同步进行。
例如，数据接收模块201将通过蓝牙模块接收到的生理数据发送给处理模块204；GPS接收模块202可为整合天线的GPS接收芯片，可通过UART总线将GPS时间信息发送给处理模块204；时钟模块203可以是产生时钟信号的本地振荡器；处理模块204可由MCU、FPGA和驱动电路组成，可根据所述GPS时间信息及所述时钟信号进行授时和守时，生成时间标签，最小分辨率例如为1ms，当数据采样率大于1Hz时具有精确的时间参考点。其中，可以通过时钟模块的时钟信号或其他同步信号，使得处理模块获得生理数据的时刻(或者数据接收模块接收生理数据的时刻)和生成时间标签的时刻同步，以便于将时间标签与生理数据对应。
通过上述多种生理数据的接收与对应的时间标签的生成同步进行的方式，可以在提供时间基准的同时，保证为生理数据添加的时间标签的准确性。
在一种可能的实现方式中，所述生理数据包括心率、心电、体温、呼吸以及加速度中的一种或多种。
通过检测多类型的生理数据，可以更好的监测飞行员的生理状态。
需要说明的是，本实现方式涉及的生理数据类型可包括各类生理传感器能够采集到的生理数据类型，本公开对此不做限制。
表1示出根据本公开一实施例的数据封装格式。在一种可能的实现方式中，所述封装数据包括所述时间标签，以及对应于同一所述时间标签的所述多种生理数据。
表1
Figure BDA0002600520480000071
例如，在封装过程中，时间标签可以按照时分秒的格式封装，多种生理数据可按照接收到所述多种生理数据的对应的接收通道顺序进行封装。
这样，可以使封装数据具有时间标识，并满足不同类型的生理数据合并传输。
在一种可能的实现方式中，所述数据接收模块包括多个接收通道，多个接收通道接收多个检测对象的所述多种生理数据，其中，每个接收通道接收一个检测对象的所述多种生理数据；封装数据可包括多个数据段，每个数据段表示一个检测对象的所述多种生理数据。
例如，可使用集成式生理传感器采集多个检测对象的多种生理数据。可以使每个检测对象佩戴一个集成式传感器，每个集成式生理传感器可采集多种生理数据。可预设每个集成式传感器和蓝牙模块(接收通道)的配对关系，使每通道蓝牙模块接收一个检测对象的多种生理数据，在4通道蓝牙模块的情况下，最多可采集四个检测对象的多种生理数据；对采集到的生理数据进行封装时，每个通道接收到的同一检测对象的多种生理数据可封装为该通道对应的一个数据段，每通道对应的数据段可按通道顺序进行数据封装。
这样，通过蓝牙模块与多个集成传感器的配对并进行多种生理数据的接收，再以数据段的形式封装，使得在使用集成式传感器时可以实现多个检测对象的多种生理数据的接收与合并传输。
在另一种可能的实现方式中，所述数据接收模块包括多个接收通道，多个接收通道接收一个检测对象的所述多种生理数据，其中，每个接收通道接收一种所述生理数据；所述封装数据还包括多个数据段，每个数据段表示一种所述生理数据。
例如，可使用非集成式生理传感器采集一个检测对象的多种生理数据。可以使检测对象佩戴多个非集成式生理传感器，每个非集成式生理传感器可采集一种生理数据。可预设每个非集成式生理传感器和蓝牙模块(接收通道)的配对关系，使每通道蓝牙模块接收检测对象的一种生理数据，在4通道蓝牙模块的情况下，最多可采集一个检测对象的四种生理数据；对采集到的生理数据进行封装时，每个通道接收到的一种生理数据可封装为该通道对应的一个数据段，每通道对应的数据段可按通道顺序进行数据封装。
这样，通过蓝牙模块与多个非集成传感器的配对并进行多种生理数据的接收，再以数据段的形式封装，使得在使用非集成式传感器时可以实现一个检测对象的多种生理数据的接收与合并传输，结合上述适用于集成式传感器的配对与封装方式，本公开在满足了多种生理数据的合并传输的同时，还扩大了生理传感器的适用范围，使得用户可以自主选择所需的生理传感器，便于用户使用。
在一种可能的实现方式中，所述封装数据还包括表示各接收通道是否有效的通道状态指示信息。
例如，可以以接收通道启用，或蓝牙连接成功等为有效；接收通道禁用，或蓝牙连接失败等为无效，以“1”标记接收通道有效，以“0”标记接收通道无效，来进行数据的封装与转发。无效的接收通道对应的数据段可以特定字符(例如全0)填充。
这样，通过设置通道状态指示信息，数据包的接收端可识别无效通道，并对相应的数据段进行丢弃等处理。
图3示出根据本公开一实施例的机载飞行员生理数据接收转发系统102的结构示意图。在一种可能的实现方式中，所述飞行员生理数据接收转发系统还包括显示模块206，用于显示系统的工作状态，包括供电状态、数据接收状态以及GPS连接状态中的一种或多种。
例如，显示面板上可布置多颗LED指示灯(例如6颗LED指示灯)，可由处理模块204中的MCU和FPGA通过驱动电路驱动显示。从右至左，第1颗指示灯可指示系统电源状态，常亮表示电源接通；第2颗指示灯可指示GPS连接状态，常亮表示GPS已连接定位；其余指示灯可按照通道顺序分别指示各蓝牙模块(接收通道)的工作状态，闪烁表示蓝牙模块正在接收数据。这样，通过LED灯的亮灭可以显示系统的工作状态，向用户提示数据接收情况，便于数据监测。
在一种可能的实现方式中，所述通信模块包括422通信端口，可用于与上位机连接进行系统参数配置；还可用于与机载遥测系统连接进行数据发送。
在一种可能的实现方式中，机载飞行员生理数据接收转发系统还包括供电管理模块，可用于接收28V电源供电，按照系统内各元器件的要求进行调压和稳压，为各元器件供电。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (9)

1.一种机载飞行员生理数据接收转发系统，其特征在于，包括：
数据接收模块，用于接收检测对象的多种生理数据；
GPS接收模块，用于接收GPS时间信息；
时钟模块，用于提供时钟信号；
处理模块，用于根据所述GPS时间信息及所述时钟信号生成时间标签，为所述多种生理数据添加对应的时间标签，并对添加时间标签后的多种生理数据进行封装，得到封装数据；
通信模块，用于将所述封装数据发送至机载遥测系统。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多种生理数据的接收与所述对应的时间标签的生成同步进行。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述封装数据包括所述时间标签，以及对应于同一所述时间标签的所述多种生理数据。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述数据接收模块包括多个接收通道，多个接收通道接收多个检测对象的所述多种生理数据，其中，每个接收通道接收一个检测对象的所述多种生理数据；
所述封装数据还包括多个数据段，每个数据段表示一个检测对象的所述多种生理数据。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述数据接收模块包括多个接收通道，多个接收通道接收一个检测对象的所述多种生理数据，其中，每个接收通道接收一种所述生理数据；
所述封装数据还包括多个数据段，每个数据段表示一种所述生理数据。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括显示模块，用于显示系统的工作状态，包括供电状态、数据接收状态以及GPS连接状态中的一种或多种。
7.根据权利要求4或5所述的系统，其特征在于，所述封装数据还包括表示各接收通道是否有效的通道状态指示信息。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据接收模块与检测所述生理数据的各传感器通过蓝牙连接。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的系统，其特征在于，所述生理数据包括心率、心电、体温、呼吸以及加速度中的一种或多种。
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