一、文献综述
- 引言
本文主要研究的是基于嵌入式手机安全预警器系统，就是嵌入式避障系统与手机进行相关的互联互通。此前国内外学者对嵌入式避障系统与手机预警系统，并取得了一些成果。本文通过对嵌入式避障系统和手机预警系统的研究现状进行分析并从进行归纳总结，为后续课题的研究设计提供理论基础。
- 国内外研究现状
基于嵌入式的避障预警系统，主要是依靠各类传感器进行相关的数据采集广泛的运用到生活的各个方面如在军事方面：水面无人艇自主局部避障系统中利用激光雷达、网络摄像头、AIS系统来进行水面环境的感知与检测。通过激光雷达直接获得水面障碍物的距离和方位信息，通过网络摄像头获得水面监控画面并辅以深度学习等图像处理技术识别水面边界线和水面障碍物，通过 AIS 系统获得水面无人艇周围水域内其他船舶的航行信息[1]。通过几种方式的作用下，实时监测海域环境并进行建模，应对复杂多变的海域环境和避免未知障碍物之间的避碰。缺点是在无人艇驾驶的海域中未知风险及水文环境等都较为复杂，而局部避障系统中只能利用激光雷达和网络摄像头进行监测的区域仅仅限于水面边界线和水面障碍物的识别，而且激光雷达造价昂贵对精度高易受外部因素影响。
在辅助驾驶方面，如利用超声波技术实现汽车的前、后、左、右四个方向的测距，当障碍物接近小于设定距离时开始预警。采用微处理器作为监控主机，摄像传感器和显示器构成图像采集硬件系统，实时监测到本车前、后、左、右方的一切行车信息；实时监测到本车与周围车辆或障碍物的距离。优点是超声波传感器频率高、波长短、绕射现象小,特别是方向性好、能够成为射线而定向传播[2]等特点。缺点是只应用一种类型的传感器很难在复杂的马路上进行检测预警，精度会相差十分大，这无法应对现实中的道路还需完善。
手机预警系统
近年来随着智能手机技术的飞速发展，手机内置传感器的种类，精度也不断增加和提高。手机功能也是日渐的强大。手机不再是满足人们日常的通讯需求的工具，而是能辅助人们日常工作生活需要的智能工具，所以人们希望通过对智能手机的研究能使手机的功能能够更加的强大。如今在对手机预警系统的研究中主要两大类一类是利用手机自身的传感器进行某些方面的检测和提前预警，例如基于安卓手机的人体跌倒检测和预警系统，该系统是利用安卓手机内置的三轴加速度传感器、三轴陀螺仪和三轴方向传感器。三轴加速度传感器主要是反映人体的运动的剧烈程度；陀螺仪用来测量人体运动的偏转和倾斜时的转动角速度；方向传感器主要反映人体运动时的倾角的变化。通过建立三维模型模拟人跌倒时的相关参数变化情况，再通过算法的优化来进行相关的检测预警[3]。该系统的优点是手机内置加速度和传感器可以用来刻画人体运动姿态的惯性传感器，且便携性较高，符合人们的使用习惯，而且智能手机具有较为成熟的硬件和软件环境。缺点是检测算法精度低系统不太稳定，因为传感器是在手机上，所以对老人的跌倒检测不会是每时每刻的，另一方面手机在使用过程中，可能会出现手机跌落或者在无意中出现大幅度的位移活动会出现相关的误报情况。
还有就是利用手机内置传感器用于地震的预警系统，Myshake地震预警网络最初建立在加利福尼亚大学伯克利分校，首先通过对手机安装Myshake系统，利用智能手机内置传感器来手机数据并分析地震，智能手机可以从日常的各种震动中检测到距手机10KM或以内的5级地震，将这些数据汇集到观测中心，经过一定的算法处理，和对数据的处理可以实时测定地震的位置和震级[4]。该系统的优点是通过普及率较高的智能手机来同时来检测地震中板块活动情况，这样就获得了数据量较为庞大的地壳活动数据，将这些数据进行相关的汇总处理就能提前进行预警。该系统缺点是增加手机能耗，而且必须要求手机要在联网的情况下使用，对智能手机中的加速度传感计的灵敏度要有一定的要求，且因为要区分人为和地震导致的震动误差较大，手机CPU要有一定的能力能运行相关的算法用以区分。限制条件比较高，没有很好的普及性。所以利用手机自身传感器来进行相关的预警还是具有一定的局限性的。
综合这类利用手机自身传感器来进行的预警系统我们可以总结归纳出这类预警系统优点为使用方便，不用再增加外设负担，手机硬件系统和软件系统相对会比较稳定，开发方便只对算法进行优化即可。缺点为这类的预警功能被手机自身携带的传感器所限制，在面对不同品牌不同型号的手机时可能会发生无法兼容或功能根本无法使用的情况，手机作为日常生活的高频率使用品，可能会出现多种复杂情况，不能利用手机自身的传感器用来作为实时的预警系统，因为误报可能性较大，错误率较高会影响功能的正常使用，后期可能也无法通过算法优化来进行矫正。
另一类是借助外设再通过手机进行相关的预警，例如基于手机的实时PPG监测预警系统，PPG为光电容积脉搏波为可穿戴心脏监控预警系统，单片机HT32对PPG模拟信号进行AD转换以及对PWM波进行输入捕捉测频率后进而得出心率值；通过串口将数字PPG信号发送给WiFi模块，再控制WiFi模块将数字PPG信号发送给手机[5]。手机能实时的监测心脏状况，当心率有危险的趋势时，手机会提醒患者，发短信给家属与医生，提高患者的生存率与生活质量。优点就是系统便捷、廉价、智能，通过专业传感器的检测将数据发送至手机显示相关数据较为准确且不占手机内存，操作方便打开特定APP就行。缺点就是PGG如果单独使用将无法观看相关心率信息，则需要手机APP才能显示，若手机没有带在身边会比较麻烦。
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