物联网技术养老院系统设计研究

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摘要:随着我国社会人口步入老龄化，子女的养老责任日益艰巨。子女因忙于工作而无暇照顾家中老人，因而选择让老人入住养老院。当前的养老院管理系统多集中在业务管理层面，监管人员不可能顾及每个角落里的每位老人，因此急需一套满足养老院看护管理需求的智能化管理系统。本文基于物联网通信技术设计了一套养老院管理系统。通过RFID、传感器、ZigBee等信息传感设备，实现对养老院老人进行实时定位和监控服务，在为老年人营造高质量养老环境的同时，也能够有效提高养老院的监护水平和员工的工作效率。

关键词:物联网;养老院;管理系统;RFIDZigBee

1需求分析

随着我国社会老龄化现象日益严重，子女常常忙于工作而无暇照顾家中的老人，因而选择让老人入住养老院。大家普遍认为传统养老存在四大痛点:传统化电器设计，对腿脚不方便的老人非常不友好;安防监护缺失，老人失踪事件频繁;老人发生意外或突发疾病时无法及时采取措施;儿女无法直观了解父母的动态等。针对以上痛点，本文设计了一种养老院管理系统，在保证老年人养老生活质量的同时，也能够降低人工成本，提高管理效率。

2系统总体设计

本设计分为硬件系统与软件系统两块:硬件系统负责信息的实时采集、监控与信息发送，软件系统负责对信息的存储、处理与反馈;硬件系统分为腕带和读写器，软件系统分为数据库和web终端，通过通信网络将硬件与软件融合在一起。

3系统各组成部分需求分析

3．1定位服务需求。虽然养老院内安装有摄像头进行监控，但总会存在死角区域，无法及时找到每位老人;例如患有老年痴呆的老人，可能因为工作人员的疏忽而离院出走，造成失踪事件，因此定位服务是必不可少的。3．2生命体征监控服务需求。生命体征包括了体温、血压、心率等参数，这些参数是人体状态的反映。传统人工生命体征监测会有延迟性，对于生命体征异常的老人，错过了救治时间，就可能有生命危险。因此需要实时生命体征监控，若发现异常，则自动拨打紧急电话，争取治疗时间。3．3自动呼叫服务需求。发生突发危急情况时，老人无法自己寻求监护人员的帮助，而造成悲剧的发生;因此需要自动呼叫服务，及时通知监护人员。或在生命体征监控出现异常时，腕带自动发出警报，呼叫紧急联系人，采取及时措施。3．4改善体感舒适度服务需求。为改善体感舒适度，老人需要合适的室内温度和湿度。例如冬天，老人需要较高的室内温度的同时，也要保证室内不会过于干燥;而夏天，则需要较凉爽的室内温度，以及较低的湿度，从而保证老人生活质量。

4各组成部分详细设计

4．1客户端腕带设计。4．1．1老人定位设计。可用的技术为GPS定位技术、RFID定位技术和Wi-Fi定位技术，接下来详细分析对比其优缺点，采取更优设计于老人定位。(1)GPS定位技术。GPS是一种卫星导航系统，能够为地球表面的客户提供实时准确的位置服务。它的系统包括24颗均匀分布在6个轨道上的卫星。用户设备利用自身内嵌计算机对捕获的数据进行定位计算，从而获取用户所需的地理位置信息。GPS定位系统具有全球全天候定位、定位精度高等特点，被广泛的应用于定位服务。(2)REID定位技术。RFID定位的基本原理是，通过一组固定的读写器读取目标RFID标签的特征信息，采用接收信号强度法确定标签所在位置。这种技术作用距离短，一般最长为几十米。但它可以在几毫秒内得到厘米级精度信息，且传输范围大，成本较低。由于其非接触和非视距等优点，可望成为优选的室内定位技术。(3)Wi-Fi定位技术。Wi-Fi定位采用“近邻法”，最靠近哪个基站，即认为处在什么位置，如附近有多个信源，则可以通过交叉定位，提高定位精度。由于Wi-Fi已普及，因此不需要铺设专门的设备用于定位。用户在使用智能手机时开启Wi-Fi、移动蜂窝网络，就可能成为数据源。该技术具有便于扩展、可自动更新数据、成本低的优势。(4)定位设计方案。综合考虑所述三种定位技术对比分析:定位范围方面:GPS覆盖全球，定位范围较广，适合于室外定位;而RFID和Wi-Fi定位技术定位范围较小，一般在几十米之内有效，适合于室内定位。精准度方面:GPS卫星信号提供实时准确的位置，但由于室内墙壁的遮挡，GPS模块接收卫星讯号困难，无法实现精确定位;RFID可以在几毫秒内得到高精度信息;Wi-Fi热点受到周围环境的影响比较大，精度较低。成本方面:GPS定位系统在几万上下不等;RFID标识的体积较小，造价较低;由于Wi-Fi已普及，因此不需要铺设专门的设备用于定位，具有成本低的优势。据此，本设计采用了室外GPS定位和室内RFID定位相结合的定位设计方案。老人的腕带内集成GPS定位模块和RFID电子标签，并设置室外和室内模式。置为室外模式时，GPS模块激活，通过GSM模块提供的GPRS数据传输功能将老人所在的经纬度信息发送回终端，实现室外定位功能;置为室内模式时，RFID电子标签与养老院内的读写器进行强度信息传输，读写器将定位数据通过无线数据采集终端发送到监控终端，实现室内定位功能。4．1．2生命体征监控设计。在腕带中集成测量体温、血压、心率传感器模块，采集生命体征数据，信息传递可采用ZigBee或者GSM通信模块。GPRS网络属于网络运营商，用户需要支付使用费，而Zigbee网络是用户自建网络，不需要支付任何费用;GPRS移动网基站结构复杂，价格昂贵，Zigbee网络主节点结构简单，体积小，安装维护简单方便，且每一个主节点自身就可以当作为网络终端使用。因为发送腕带所采集的数据需要固定发送周期时间，且发送距离较近，数据量较少，因此从传输效果和经济成本来看，ZigBee会是更佳的选择。它时延短，网络速度快，可以使终端实时的监控老人生命体征的变化;网络容量更大，发射功率低，自然将对老人的辐射危害降到最低，安全、可靠。4．1．3自动呼叫设计。在腕带中集成GSM通信模块，利用其语音通话功能提供一键呼叫功能。在生命体征监控中，出现异常时，腕带自动发出警报，提醒紧急联系人，采取紧急措施;或者在老人有特殊需求或在紧急情况下，一键呼叫院方。4．1．4改善体感舒适度设计。在腕带中集成红外线模块，与老人所在寝室的加/抽湿器、空调固定识别匹配，一方面老人可以通过腕带界面自主地调节室内温度与湿度，另一方面可以终端可以通过得到的室内反馈智能调节温度和湿度。4．2终端设计。4．2．1数据库设计。终端需要数据库来记录老人的个人ID、身体健康状况等信息。本文采用MySQL，根据基本的需求图建立数据库。4．2．2数据提取分析。根据数据库中存储的一定时间段内的生命体征数据，输入到健康分析神经网络模型中，判断老人近期的健康情况如何。根据输出结果生成相应的健康说明书供院方参考。4．2．3Web前端设计。在数据存储后，利用HTML等Web技术进行前端开发，显示监控数据、老人方位、室内舒适度等情况。

5总结

随着我国人口60岁及以上数量达到2．41亿，占总人口17．3%，越来越多的老年人将选择养老院。因此完善养老院的管理问题成为一个亟待解决的问题。在这样的背景下，本文将物联网技术应用到养老院中来，设计了一套养老院管理系统，在保证老人生活质量的同时，也降低了人工看护成本。本设计基于物联网技术的养老院管理系统，是由客户端腕带、监控终端两大部分组成。腕带通过集成GSM通信模块、GPS模块、红外线模块、传感器模块实现了对老人的安全定位、信息采集等功能;终端通过数据库和Web前端实现了数据的存储、数据科学分析、显示等功能。本文设计的养老院管理系统仍存在不足，目前更多是从物质方面去保证老人的生活安全与质量，但无法满足老人的心理与情感需求。

参考文献:

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［5］jackchan．ZigBee跟GSM的比较［Z］．CSDN，2011．

作者:张 袁 陆建华 余仔涵 单位:河海大学常州校区