CN104866949A

CN104866949A - 一种基于rfid和gps的养老院智能管理系统

Info

Publication number: CN104866949A
Application number: CN201510197836.XA
Authority: CN
Inventors: 许奇梦; 刘英杰; 莫凌飞; 黄华林; 吴之桐
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2015-04-23
Filing date: 2015-04-23
Publication date: 2015-08-26

Abstract

本发明公开了一种养老院智能管理系统，包括数据中心、无源电子标签、阅读器、电源模块、微处理器以及分别与所述微处理器相连的健康监测模块、GPS定位模块、存储器和数据通讯模块。所述的无源电子标签贮存使用者的身份信息，所述的健康监测模块内置压力传感器、光电脉搏传感器和模数转换电路，通过传感器采集血压信号和脉搏信号，通过模数转换电路将模拟信号转换为数字信号，实现对使用者实时测量生理指标，所述的GPS定位模块用于在室外实时接收GPS卫星定位信息，所述的阅读器分为门禁阅读器和定位阅读器，通过读取无源标签无源实现室内实时定位。本发明既实现了对老年人的实时健康监护，也可以实现室内与室外的定位，防止老年人走丢。

Description

一种基于RFID和GPS的养老院智能管理系统

技术领域

本发明涉及一种基于RFID和GPS的养老院智能管理系统，涉及RFID和GPS技术领域。

背景技术

射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术，是一种非接触式的自动识别技术，每个RFID标签都有一个唯一的标识(ID)信息，并可写入信息，RFID阅读器通过射频的方式读器标签的ID信息。RFID标签由于是通过射频来读取，具有可工作于恶劣的环境、读取速度快、一次可读取的标签数目多、读取距离远等诸多优点。RFID射频标签分为无源与有源两类，无源电子标签相较有源电子标签而言，价格更低，消耗能量更小，在阅读距离和物体运动速度没有太高要求的情况下，具有更高的性价比。

全球定位系统(Global Positioning System，GPS)是由美国国防部研制建立的一种具有全方位、全天候、全时段、高精度的卫星导航系统，能为全球用户提供低成本、高精度的三维位置、速度和精确定时等导航信息。

随着整个社会的老龄化，老年人的保健与护养越来越受到人们的关注。过去的养老院管理通常是人工管理，可能会有或多或少的疏漏，出现一些照顾不周或者老年人走失的状况。基于RFID和GPS这两种技术的养老院智能管理系统，可以实时监测老年人的生理健康情况，同时可以实时反映老年人的位置信息，这使得养老院的管理更加科学有效。

发明内容

发明目的：为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提出一种基于RFID和GPS的养老院智能管理系统，该系统可以应用在养老服务中心、疗养院、有条件的家庭，用于老年人或病人的健康监护，也可以实现室内与室外的定位，防止老年人走丢。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明的养老院智能管理系统包括数据中心、无源电子标签、阅读器、电源模块、微处理器以及分别与所述微处理器相连的健康监测模块、GPS定位模块、存储器和数据通讯模块，其中，

所述的无源电子标签贮存有用户的身份信息；

所述的阅读器用于识别所述无源电子标签的射频信号标签信息，所述阅读器至少有四个，所述阅读器通过无线网络将标签返回的信息传输至数据中心，并由数据中心解算用户的定位信息，其中一个阅读器设置于养老院的出入口，作门禁管理用，定义为门禁阅读器，其余的阅读器分别设置于养老院的室内，作室内定位用，定义为室内定位阅读器；

所述的健康监测模块用于对用户实时测量生理指标得到用户生理信息；

所述的GPS定位模块用于实时接收用户在室外的GPS卫星定位信息得到用户的室外位置信息；

所述存储器用于存储健康监测模块的用户生理信息和GPS定位模块的用户位置信息并将上述信息传送给微处理器；

所述微处理器将存储的健康检测模块的用户生理信息和GPS定位模块的用户位置信息通过所述数据通讯模块传输到所述数据中心；

所述的电源模块用于为整个养老院智能管理系统提供电压。

具体地，所述的数据通讯模块由SIM卡、天线及接口组成。

所述的健康监测模块包括压力传感器、光电脉搏传感器和模数转换电路，所述健康检测模块通过压力传感器采集血压信号和脉搏信号，所述模数转换电路与所述压力传感器相连并将模拟信号转换为数字信号，实现对用户的实时健康监护。

优选地，所述的定位阅读器的个数为3个，分别设置于养老院室内的不同地方，通过内置天线发射三个不同频段的射频信号进行室内定位，具体地，所述的定位阅读器根据检测到的本频段的信号强弱，通过三点定位来确定用户位置。由于信号的发射信号与接收信号满足关系式：

10log(PR)＝10log(PT)-10nlog(r)

式中PR是接收信号的强度(分贝)，PT是发射信号的强度(分贝)，n是传播因子，与周围环境有关，r是收发单元间的距离。已知室内的三个阅读器A、B、C的坐标为(x_i，y_i，z_i)，(i＝1，2，3)，用户的位置P即无源电子标签的坐标(x，y，z)。将三个阅读器接收到的信号强度代入可得含三个方程的方程组：

10log(PR_i)＝10log(PT)-10nlog(r_i)

其中

r_{i} = \sqrt{{(x - x_{i})}^{2} + {(y - y_{i})}^{2} + {(z - z_{i})}^{2}},

(i＝1，2，3)。由此可计算出用户的三维坐标位置。

优选地，所述的微处理器、存储器、健康检测模块、无源电子标签和数据通信模块集成为腕带式装置，通过将各部件集成，可以更加方便用户使用。

进一步优选地，为了方便老年用户使用，所述的腕带式装置的表面还设置有紧急呼救按钮，按下所述按钮后可直接向管理人员发出警报，对于突发身体健康状况或是意外事件时，用户可以通过此按钮及时向管理人员寻求帮助。

为了进一步的节省系统的整体耗能，所述微处理器每隔一定时间使能一次GPS模块，所述GPS通过卫星信号强弱判断用户是在室内还是室外，当用户在室内时，所述GPS定位模块自动进入深度休眠状态；当用户在室外时，所述GPS模块处于工作状态，实现对用户在室外的位置信息的检测。通过上述设置，可以节省GPS在室内时的用电量，使整个系统的续航能力更强。

其中，优选地，所述微处理器每隔1～2小时使能一次所述GPS模块。

以防设备在室外电量耗尽的情况，在以养老院为中心方圆200～300米范围内的各个路口处设置有阅读器，定义为路口定位阅读器，此时用户若经过阅读器，管理人员仍可通过阅读定点监测，大致确定用户的位置。

有益效果：本发明与现有技术相比，有如下优点：

(1)当今社会老龄化问题严重，但是对老年人的医护设备并不成熟，本发明首次提出了智能化的养老院管理系统；

(2)本发明将RFID技术、传感器技术和GPS技术有机结合，既实现了对老年人的实时健康监护，也可以确定老年人位置，防止老年人走丢，并且，在室内采用RFID定位，在室外采用GPS定位，降低了能耗，提高了精确度；

(3)本发明在门禁处运用RFID技术，与一般门禁系统中的磁卡或红外传感技术相比，具有识别准确、读取速度快的优点，并且RFID标签存有用户身份信息，管理人员可及时知道走失者的身份信息。而与脸部识别门禁、指纹识别门禁相比，本技术成本更低，使用更加方便；

(4)本发明将电子标签、健康监测模块、GPS定位模块、微处理器、存储器、数据通讯模块、电源模块集成于一腕带式设备内，佩戴方便，用户友好度高，不易引起用户的反感；

(5)本发明可长期跟踪监护用户的身体情况，一旦产生异常及时发出警报，大大加强了对老年人生理健康的监护，避免了纯人工监护时的疏漏；

(6)GPS技术具有全天候、全球性、精度高的优点，即使老年人走失，也可根据GPS定位信息及时找到走失者。

(7)本发明预防了设备在室外电量耗尽的情况，此时通过室外路口的阅读器监测用户通过情况，管理人员可据此大致确定用户位置。

附图说明

图1为基于RFID和GPS的养老院智能管理系统结构示意图；

图2为室内RFID三点定位方法示意图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

如图1所示，本发明提出了一种基于RFID和GPS的养老院智能管理系统，该系统由无源电子标签(RFID电子标签)、健康监测模块、GPS定位模块、微处理器、存储器、数据通讯模块、电源模块和数据中心，其中，微处理器、存储器、健康检测模块、无源电子标签和数据通信模块集成为腕带式装置；健康监测模块、GPS定位模块、存储器和数据通讯模块分别与微处理器相连；健康监测模块由压力传感器、光电脉搏传感器和模数转换电路组成，健康检测模块通过压力传感器采集血压信号和脉搏信号，模数转换电路与压力传感器相连并将模拟信号转换为数字信号，实现对用户的实时健康监护；阅读器可以识别RFID电子标签并且通过无线网络与数据中心连接，室内阅读器的个数至少为四个，其中一个设置于养老院的进出口位置，作门禁管理用，定义为门禁阅读器，剩余的阅读器每间房间在不同的位置设置3个，作室内定位用，定义为室内定位阅读器。同时，在养老院外方圆200米范围内的各路口处设置若干阅读器，定义为路口阅读器，以防设备在室外电量耗尽的情况，此时用户若经过阅读器，管理人员仍可通过路口阅读器定点监测，大致确定用户的位置。

在实际的应用过程中，本系统通过内置压力传感器与光电脉搏传感器，可实现对用户的血压与脉搏实时监测，数据被存储器存储并经微处理器发送至数据中心。当用户的血压和脉搏出现明显波动时，医护人员可以及时接收警报并对该病人做一系列检查或施救。同时，电子标签内贮存的用户信息可以使医护人员准确得知需护理的病人身份。

同时，本系统的室内定位阅读器可以帮助管理者对用户进行室内定位，当用户在室内时，如图2所示，根据室内的三个阅读器A，B，C的已知坐标与其接收到的信号强度，利用三点定位算法，可计算出用户位置P。具体地，信号的发射信号与接收信号满足关系式：

10log(PR)＝10log(PT)-10nlog(r)

10log(PR_i)＝10log(PT)-10nlog(r_i)

其中

r_{i} = \sqrt{{(x - x_{i})}^{2} + {(y - y_{i})}^{2} + {(z - z_{i})}^{2}},

(i＝1，2，3)。由此可计算出用户的三维坐标位置。在室内采用RFID定位比GPS更精确，且能耗较低。在被管理者需要救助服务时，医护人员可据定位信息及时找到用户。

另一方面，本系统内置GPS定位模块，为了节省系统的整体耗能，微处理器每隔2h使能一次GPS模块，GPS模块的GPS通过卫星信号判断用户是在室内还是室外，当用户在室内时，GPS定位模块自动进入深度休眠状态；当用户在室外时，GPS模块处于工作状态，实现对用户在室外的位置信息的检测。通过上述设置，可以节省GPS在室内时的用电量，使整个系统的续航能力更强。

同时，通过在养老院的入口处设置门禁RFID阅读器，一旦用户走出养老院，阅读器会检测到用户的电子标签并发出警报。医护人员可以根据GPS的定位信息掌握走失者的位置，从而及时找回走失者。通过在腕带式装置上设置紧急按钮，当用户突发不适时，可按下按钮发出警报，医护人员即可根据信息赶往用户处及时施救。

本发明的养老院管理系统不仅适用于养老院，同时也适用于疗养院、医疗机构和家庭使用。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims

1.一种基于RFID和GPS的养老院智能管理系统，其特征在于，所述系统包括数据中心、无源电子标签、阅读器、电源模块、微处理器以及分别与所述微处理器相连的健康监测模块、GPS定位模块、存储器和数据通讯模块，其中，

所述的无源电子标签贮存有用户的身份信息；

所述的电源模块用于为整个养老院智能管理系统提供电压。

2.根据权利要求1所述的基于RFID和GPS的养老院智能管理系统，其特征在于，所述的数据通讯模块由SIM卡、天线及接口组成。

3.根据权利要求1所述的基于RFID和GPS的养老院智能管理系统，其特征在于，所述的健康监测模块包括压力传感器、光电脉搏传感器和模数转换电路，所述健康检测模块通过压力传感器采集血压信号和脉搏信号，所述模数转换电路与所述压力传感器相连并将模拟信号转换为数字信号，实现对用户的实时健康监护。

4.根据权利要求1所述的基于RFID和GPS的养老院智能管理系统，其特征在于，所述室内定位阅读器的个数为每个房间3个，分别设置于养老院室内的不同地方并通过无源射频进行室内定位。

5.根据权利要求1所述的基于RFID和GPS的养老院智能管理系统，其特征在于，所述的微处理器、存储器、健康检测模块、无源电子标签和数据通信模块集成为腕带式装置。

6.根据权利要求5所述的基于RFID和GPS的养老院智能管理系统，其特征在于，所述的腕带式装置的表面还设置有紧急呼救按钮，按下所述按钮后可直接向管理人员发出警报。

7.根据权利要求1～6任一项所述的基于RFID和GPS的养老院智能管理系统，其特征在于，所述微处理器每隔一定时间使能一次GPS模块，所述GPS通过卫星信号强弱判断用户是在室内还是室外，当用户在室内时，所述GPS定位模块自动进入深度休眠状态；当用户在室外时，所述GPS模块处于工作状态，实现对用户在室外的位置信息的检测。

8.根据权利要求7所述的基于RFID和GPS的养老院智能管理系统，其特征在于，所述微处理器每隔1～2小时使能一次所述GPS模块。

9.根据权利要求1～6任一项所述的基于RFID和GPS的养老院智能管理系统，其特征在于，在以养老院为中心方圆200～300米范围内的各个路口处设置有阅读器，定义为路口定位阅读器。