便攜式老人智慧監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

鹿珍珍 孫宇 趙漢卿 楊晨 鞏秀鋼

【摘 要】我國正在進(jìn)入老齡化社會(huì)，老年人比例日趨增加，同時(shí)其子女大部分選擇異地工作和生活，致使“空巢”老人數(shù)目增多，且老年人行動(dòng)不便，易發(fā)生意外。在研究了Grandcare和GPS鞋等產(chǎn)品之后，設(shè)計(jì)了一款能實(shí)時(shí)監(jiān)測老人生理狀況和運(yùn)動(dòng)狀況的智慧監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，可將采集的狀態(tài)信息傳輸?shù)椒?wù)端，并且利用GPS定位實(shí)時(shí)顯示老人位置信息，方便老人和其子女通過WEB和APP查詢；如果老人生理參數(shù)異?；蛘叩?，系統(tǒng)可及時(shí)做出反應(yīng)。該系統(tǒng)能夠解決老人行動(dòng)安全問題，同時(shí)減輕家庭和社會(huì)的負(fù)擔(dān)，提高家庭幸福度。

【關(guān)鍵詞】實(shí)時(shí)監(jiān)測；智慧監(jiān)護(hù)；GPS定位；跌倒

中圖分類號：TN931.3 TP311.1 TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）33-0045-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.33.019

【Abstract】China is entering an aging society， and the proportion of the elderly is increasing. In addition， most of their sons and daughters choose to work and live in other places， leading to an increase in the number of "empty nesters"， and the elderly are prone to accidents. After studying Grandcare and the GPS shoes， an intelligent monitoring system that can monitor the physiological condition and exercise status of the elderly.The collected status information can be transmitted to the server， and the position information of the elderly can be displayed in real time by using GPS positioning. Its convenient for users to check through WEB and APP； If the elderly have an abnormality or fall down， the system can respond in a timely manner. The system can solve the safety problem of the elderly， reduce the burden on families and society， and improve the familys well-being.

【Key words】Real-time monitoring； Intelligent monitoring； GPS positioning； Fall down

0 引言

目前，我國老齡化趨勢已經(jīng)十分明顯，老人人口數(shù)量的急劇增加給社會(huì)和家庭帶來了巨大的壓力。如何減輕子女和社會(huì)的負(fù)擔(dān)并且讓老人幸福地度過晚年，已經(jīng)成為社會(huì)各界最關(guān)注的問題。中老年人在身體健康領(lǐng)域是個(gè)“弱勢群體”，隨著年齡的不斷增長，身體的各種機(jī)能也開始逐漸下降，免疫力隨之降低，導(dǎo)致各種疾病的患病率增長幅度加快[1]。老年癡呆、糖尿病、心血管疾病、腦梗塞等都是老年群體中常見的疾病，由于自身疾病或者外界的影響，老年人常會(huì)發(fā)生意外，不僅對自身安全也造成危害，且給子女帶來負(fù)擔(dān)。

便攜式老人智慧監(jiān)護(hù)系統(tǒng)可以代替子女行使部分監(jiān)護(hù)行為，目的在于減少老人因意外事故造成的傷害，避免這類悲劇的發(fā)生。該系統(tǒng)比傳統(tǒng)的監(jiān)護(hù)體系更高效、精準(zhǔn)以及人性化。

1 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)是由STM32單片機(jī)、MAX3010心率血氧模塊、MPU6050跌倒檢測模塊、ESP8266 WIFI無線模塊、北斗定位模塊、GSM模塊等部分組成。

本系統(tǒng)是由STM32單片機(jī)為主控板，通過MAX30102傳感器完成對老人心率、脈搏等基本生理參數(shù)的檢測，并且將所采集到的數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)端。通過MPU6050傳感器對老人跌倒?fàn)顩r進(jìn)行檢測，具體檢測過程如下：老人跌倒時(shí)，身體會(huì)向某一個(gè)方向傾倒，身體的重心也會(huì)隨之移動(dòng)，同時(shí)在傾斜方向上出現(xiàn)很大的加速度變化，通過三軸加速度傳感器可實(shí)時(shí)獲得身體X，Y，Z三個(gè)方向的加速度值，與事先設(shè)定的各方向的閾值比較，再結(jié)合身體的角度信息即可判定是否發(fā)生跌倒。同時(shí)系統(tǒng)采用ATK-S1216F8-BD GPS/北斗模塊來實(shí)時(shí)檢測老人所處的地理位置，當(dāng)系統(tǒng)檢測到老人生理參數(shù)異常或跌倒時(shí)，報(bào)警信號會(huì)以短信形式將老人的位置以及其他生理參數(shù)傳到與系統(tǒng)綁定的手機(jī)上。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 跌倒檢測設(shè)計(jì)

2.1.1 跌倒檢測原理

為了辨別跌倒和老人日常動(dòng)作的差異，需要對常見動(dòng)作進(jìn)行分析，以便提高系統(tǒng)跌倒檢測的準(zhǔn)確度。人的活動(dòng)可分為：走路；躺下；跑步；坐下；起立以及跌倒等。

老人發(fā)生跌倒前的狀態(tài)，大多數(shù)是在直立行走或者站立的時(shí)候。跌倒檢測系統(tǒng)的關(guān)鍵在于分清跌倒與ADL，根據(jù)跌倒的方向可以將跌倒分為三類：向前跌倒、向后跌倒和側(cè)向（向左或向右）跌倒[2]。

在跌倒時(shí) GSM模塊能夠及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)送報(bào)警短信到指定聯(lián)系人，向他們求救。MPU6050傳感器模塊采集人體的加速度值，通過 SDA 接口傳送到 STC12C5A60S2 單片機(jī)中，單片機(jī)接收到加速度數(shù)據(jù)后，運(yùn)行存儲(chǔ)在單片機(jī)ROM存儲(chǔ)器中的跌倒檢測系統(tǒng)算法，如果判斷出跌倒發(fā)生就產(chǎn)生一個(gè)中斷，該中斷函數(shù)激活GSM模塊發(fā)生一條報(bào)警短信到被綁定的手機(jī)中求救，并且該中斷函數(shù)也將激活[3]。

2.1.2 跌倒檢測算法

2.3 GSM報(bào)警及北斗定位設(shè)計(jì)

GPS/北斗模塊，是 ALIENTEK 生產(chǎn)的一款高性能定位模塊，可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，并將信息反饋到WEB端和APP端，當(dāng)老人的生理參數(shù)發(fā)生異?；蛘弑慌卸榈箷r(shí)，系統(tǒng)不僅能向緊急聯(lián)系人發(fā)送短信或者撥打電話，還可以通過蜂鳴器向周圍人群求助，實(shí)現(xiàn)突發(fā)情況的第一時(shí)間救助，保障老人的安全。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 OneNET物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)

本系統(tǒng)利用無線模塊作為數(shù)據(jù)傳輸終端，基于TCP協(xié)議與云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，將采集到的心率、位置數(shù)據(jù)上傳到OneNET物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行保存和查看，一旦檢測到異常數(shù)據(jù)，將其反饋到手機(jī)APP，由手機(jī)APP做出預(yù)警。

3.2 基于MUI框架的APP設(shè)計(jì)

使用HTML5開發(fā)的APP存在不同設(shè)備終端接入、圖形界面差、數(shù)據(jù)不足等問題，而基于HTML5的跨平臺(tái)移動(dòng)開發(fā)技術(shù)，給出一種利用MUI框架、Ajax技術(shù)、5+Runtime就可方便快速地開發(fā)跨平臺(tái)移動(dòng)應(yīng)用的方案[5]。此方案可以改善基于HTML5開發(fā)的 APP無法調(diào)用平臺(tái)資源的問題，且開發(fā)周期短，可以使用戶設(shè)計(jì)的APP體驗(yàn)效果最接近原生。

本系統(tǒng)基于MUI框架設(shè)計(jì)了一款可跨平臺(tái)的適合老人和其兒女使用的OldAssist APP。該APP可以顯示并更新老人的生理參數(shù)和位置信息，方便使用者查看，有利于子女及時(shí)了解老人的身體狀況。APP部分?jǐn)?shù)據(jù)顯示如圖5和圖6。

3.3 MySQL數(shù)據(jù)庫

My SQL因?yàn)槠渥陨黹_源、免費(fèi)、小巧、高效的特點(diǎn)深受大眾的喜愛。對于很多中小應(yīng)用系統(tǒng)而言， My SQL非常適合作為其數(shù)據(jù)庫服務(wù)器軟件。它不僅僅支持標(biāo)準(zhǔn)的ANSI SQL， 還能夠兼容多種類型的平臺(tái)在Unix/Linux系統(tǒng)上， My SQL也完全支持多線程操作。My SQL提供了訪問權(quán)限， 以及建立、刪除等一系列操作[6]。

系統(tǒng)使用MySQL數(shù)據(jù)庫來彌補(bǔ)OneNET平臺(tái)無法提供數(shù)據(jù)導(dǎo)出服務(wù)的不足，在數(shù)據(jù)上傳云平臺(tái)的同時(shí)將數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和分析。系統(tǒng)將老人的緊急聯(lián)系人存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，方便調(diào)用。圖7為存儲(chǔ)的某老人緊急聯(lián)系電話：

4 總結(jié)

本系統(tǒng)運(yùn)用MPU6050傳感器及MAX30102傳感器等對老人的基本生理參數(shù)以及跌倒行為進(jìn)行監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)對老年人的心電、心率等生理信號的采集，并實(shí)時(shí)監(jiān)測老人位置信息，當(dāng)老人的生理參數(shù)發(fā)生異常或者跌倒時(shí)，發(fā)送警報(bào)，降低老人突發(fā)情況造成的傷害。