基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧老人看護(hù)系統(tǒng)

繆昕，王詩(shī)文

摘要：養(yǎng)老問(wèn)題已經(jīng)成為當(dāng)代社會(huì)發(fā)展的主要矛盾之一。為減輕我國(guó)人口老齡化給社會(huì)和年輕人所帶來(lái)的贍養(yǎng)老人的壓力，文章從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的角度出發(fā)，構(gòu)建了一個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧老人看護(hù)系統(tǒng)，并給出了相應(yīng)的模塊化設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)可對(duì)老人進(jìn)行全天候的身體狀況檢測(cè)和定位檢測(cè)，并將老人身體狀況上至傳服務(wù)器，家人可通過(guò)Android版軟件實(shí)時(shí)查看老人情況，在極大程度上降低了老人意外的發(fā)生，減少子女對(duì)老人的擔(dān)心，為家庭和社會(huì)減輕了贍養(yǎng)老人的壓力。

關(guān)鍵詞： 物聯(lián)網(wǎng);智慧;老人;看護(hù)系統(tǒng);模塊;服務(wù)器

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）34-0151-02

1 引言

隨著我國(guó)人口的老齡化，國(guó)家每年都要花巨大人力物力財(cái)力來(lái)贍養(yǎng)老人。養(yǎng)老除了要保障老人的基本生活之外，還要有許多適合老人心理和醫(yī)學(xué)等多方面的專(zhuān)業(yè)看護(hù)服務(wù)，尤其是醫(yī)學(xué)方面，由于老人的體質(zhì)衰弱，醫(yī)學(xué)檢查的頻率比較高，人工檢查，過(guò)程煩瑣，時(shí)間長(zhǎng)，大部分檢查類(lèi)似，并且有時(shí)也不能保證及時(shí)，這過(guò)程加大了養(yǎng)老壓力。隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的不斷普遍，如果有一款智能設(shè)備，能夠隨時(shí)檢測(cè)老人的身體狀況，那么養(yǎng)老將會(huì)變得更加輕松，也將給社會(huì)節(jié)省下許多人力財(cái)力。

針對(duì)當(dāng)前人口老齡化問(wèn)題不斷加劇，老人的健康問(wèn)題，本文描述了一套基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的可穿戴智能檢測(cè)儀以及配套的社區(qū)服務(wù)。老人穿戴的智能檢測(cè)儀將全天候?yàn)槔先藱z測(cè)血壓、心電、脈搏等身體狀況并將數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上傳至社區(qū)服務(wù)器端，內(nèi)置GPS和陀螺儀，當(dāng)老人摔倒或迷路時(shí)能夠快速定位老人位置第一時(shí)間為老人進(jìn)行救治。家人可通過(guò)Android版軟件了解老人的身體狀況。同時(shí)可提供接口給互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療公司，借助人工智能分析每個(gè)老人的數(shù)據(jù)并給出保健建議。做到集老人的身體檢查，危險(xiǎn)提前預(yù)知報(bào)警和病理提示于一體的全面看護(hù)。

2 智慧老人看護(hù)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧老人看護(hù)系統(tǒng)分為無(wú)線(xiàn)模塊、主控中心和監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)三部分。無(wú)線(xiàn)模塊和主控間的數(shù)據(jù)由zigbee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)來(lái)完成，主控中心與監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)交流則由GSM網(wǎng)絡(luò)來(lái)完成。將所有模塊設(shè)計(jì)集成到一起，設(shè)計(jì)出一款外形優(yōu)美，且適合老人穿戴的智能手環(huán)。

無(wú)線(xiàn)模塊是本系統(tǒng)底層數(shù)據(jù)的采集和信息源，由老人活動(dòng)監(jiān)測(cè)、無(wú)線(xiàn)摔倒監(jiān)測(cè)、脈搏和心率檢測(cè)等傳感器捕獲老人當(dāng)前的各種狀態(tài)的信息，并對(duì)全部數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算和分析，由電路傳輸給主控中心。該部分模塊存在很大的靈活性，可在現(xiàn)有基礎(chǔ)上對(duì)功能進(jìn)行進(jìn)一步發(fā)展。

主控中心在整個(gè)老人看護(hù)系統(tǒng)中處于主心骨的位置，主要是進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的收集、分析、數(shù)據(jù)和命令的傳輸及對(duì)突發(fā)狀況的應(yīng)案處理。

監(jiān)測(cè)和管理平臺(tái)是主要是負(fù)責(zé)對(duì)老人發(fā)生的突發(fā)狀況進(jìn)行應(yīng)急救援的。當(dāng)監(jiān)測(cè)和管理平臺(tái)接收到由無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)來(lái)的報(bào)警信號(hào)，會(huì)報(bào)給社區(qū)的當(dāng)前值班者和老人的子女，告訴他們，老人發(fā)生危險(xiǎn)，方便其及時(shí)做出應(yīng)急行動(dòng)，對(duì)老人實(shí)施救援。

2.1 無(wú)線(xiàn)模塊的設(shè)計(jì)

2.1.1 運(yùn)動(dòng)檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)

運(yùn)動(dòng)檢測(cè)模塊以mpu6050為主，同時(shí)配置GPS和陀螺儀。將監(jiān)測(cè)模塊裝配到手環(huán)上，當(dāng)老人佩戴上手環(huán)，就能實(shí)時(shí)獲取老人的活動(dòng)數(shù)據(jù)。如果手環(huán)檢測(cè)到老人未進(jìn)行活動(dòng)的時(shí)間超出正常值，系統(tǒng)會(huì)將老人當(dāng)前的活動(dòng)數(shù)據(jù)以無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送到主控中心，主控中心則按照程序設(shè)定邏輯進(jìn)行數(shù)據(jù)解析同應(yīng)急方案的處理。

2.1.2無(wú)線(xiàn)摔倒檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)

無(wú)線(xiàn)摔倒檢測(cè)模塊是以STM32為主控，mpu6050作為加速度傳感器芯片、加上短距離無(wú)線(xiàn)收發(fā)電路構(gòu)成。無(wú)線(xiàn)摔倒檢測(cè)模塊利用加速度傳感器來(lái)獲取老年人的活動(dòng)加速度，由摔倒檢測(cè)算法來(lái)判斷老年人當(dāng)前狀態(tài)，判決的結(jié)果通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街骺刂行摹?/p>

2.1.3 身體狀況模塊設(shè)計(jì)

身體狀況模塊設(shè)計(jì)以mkb0803心率血壓模塊為主，該模塊主要包括yk1801脈搏傳感器芯片、模擬機(jī)的前端mn8802脈搏芯片及sfb9712算法芯片四部分。通過(guò)該模塊檢測(cè)腕部血壓和心率信息，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送到主控中心，主控中心將按照設(shè)定的程序進(jìn)行數(shù)據(jù)分析采取相應(yīng)的行動(dòng)。

2.2 主控中心設(shè)計(jì)

主控中心由STM最小系統(tǒng)板、信息顯示、GSM模塊、ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊、報(bào)警裝置等部分構(gòu)成。主控中心是本系統(tǒng)的重要中樞，是負(fù)責(zé)接收來(lái)自終端模塊的各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)結(jié)合算法和基本控制流程對(duì)老人的活動(dòng)情況、當(dāng)前狀態(tài)以及身體狀況的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。在分析完數(shù)據(jù)之后，對(duì)不同情況下的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，并完成傳輸模式的選擇以及對(duì)突發(fā)狀況該采取的應(yīng)急方案等功能的設(shè)計(jì)。當(dāng)老人處于摔倒?fàn)顟B(tài)或者迷路或者身體狀況異常，手環(huán)就會(huì)發(fā)出報(bào)警并通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)將異常狀態(tài)信息傳送給監(jiān)管平臺(tái)，便能告知工作人員或者其監(jiān)護(hù)人讓其能盡快對(duì)突發(fā)狀況進(jìn)行處理，極大程度地降低事故產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)提供接口給互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療公司，借助人工智能分析每個(gè)老人的數(shù)據(jù)并給出保健建議，將其建議反饋給其監(jiān)護(hù)人。

2.3 監(jiān)測(cè)和管理平臺(tái)設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)和管理平臺(tái)主要是對(duì)老人生活狀況的記錄和管理。平臺(tái)的服務(wù)器端可以搭建在老人所在的社區(qū)物業(yè)，在電腦上登錄相應(yīng)的網(wǎng)頁(yè)，就能查看到老人當(dāng)前的活動(dòng)狀態(tài)，平臺(tái)將會(huì)對(duì)老人所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和管理。同時(shí)，其監(jiān)護(hù)人還可以通過(guò)下載移動(dòng)端手機(jī)應(yīng)用，通過(guò)手機(jī)來(lái)查看老人的活動(dòng)狀態(tài)以及接收老人手環(huán)所發(fā)出的報(bào)警信號(hào)和結(jié)合老人身體數(shù)據(jù)生成的保健建議，讓其親屬更好地照顧老人。當(dāng)老人發(fā)生危險(xiǎn)，主控中心就會(huì)向平臺(tái)發(fā)送求救信號(hào)，即向手機(jī)端和電腦端同時(shí)發(fā)送，于是兩者的界面就會(huì)彈出警告求救標(biāo)志，以及顯示老人當(dāng)前位置離當(dāng)前監(jiān)護(hù)人的距離，并幫監(jiān)護(hù)人規(guī)劃耗時(shí)最短的救援路徑。

2.4 無(wú)線(xiàn)傳輸模塊設(shè)計(jì)

傳輸模塊中zigbee模塊選擇cc2530芯片。它可以使用非常便宜的材料構(gòu)建一個(gè)足夠大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。cc2530性能優(yōu)良，用的是目前全國(guó)普標(biāo)高性能的增強(qiáng)型8051cpu，系統(tǒng)內(nèi)部選用256k可編程閃存、8kb-ram 。它具有處于不同的供電模式下，還具備了讓大量的數(shù)據(jù)繼續(xù)維護(hù)的特點(diǎn)，支持硬件調(diào)試功能，運(yùn)行時(shí)間和模式之間轉(zhuǎn)換時(shí)長(zhǎng)的縮短，很大程度上減少了對(duì)能源的浪費(fèi)。

對(duì)于系統(tǒng)中的GSM模塊選擇采用sim900a。sim900a支持rs232串口與lvttl串口，并且具有帶硬件的電流控制。方便地與產(chǎn)品相連。sim900a 能進(jìn)行語(yǔ)音通話(huà)、發(fā)送sms短信、對(duì)于數(shù)據(jù)和傳真等信息進(jìn)行高速的傳輸，能夠很好地滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)、緊湊型研究開(kāi)發(fā)的應(yīng)用需求。

基于每個(gè)模塊中 zigbee 節(jié)點(diǎn)的特性，系統(tǒng)采取雙星型的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由1個(gè)協(xié)調(diào)器和10個(gè)終端設(shè)備組成的多點(diǎn)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)模塊拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)。把主控中心變壓器作為無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)主協(xié)調(diào)器，并且要打造一個(gè)全新的無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)以便對(duì)其打理。把無(wú)線(xiàn)檢測(cè)模塊當(dāng)作是無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的一種終端裝置，放置到在這個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于完整無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)間傳輸。

3 結(jié)論

隨著我國(guó)的人口老齡化現(xiàn)象的不斷加重，贍養(yǎng)老人成了一大社會(huì)問(wèn)題。為了更好地解決這一問(wèn)題，減輕社會(huì)的負(fù)擔(dān)和年輕人的壓力，該系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)智能信息化，結(jié)合微控制處理器，利用傳感器、GSM網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備設(shè)計(jì)了一個(gè)手環(huán)與監(jiān)控平臺(tái)相結(jié)合的智慧老人看護(hù)系統(tǒng)。通過(guò)系統(tǒng)上的傳感器設(shè)備和程序控制來(lái)對(duì)老人進(jìn)行監(jiān)護(hù)通過(guò)看護(hù)系統(tǒng)中的軟件和硬件來(lái)對(duì)老人進(jìn)行看護(hù)，在老人行為狀況異常時(shí)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)，應(yīng)對(duì)不同突發(fā)狀況并請(qǐng)求援助。

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