CN110191197A - 一种基于物联网的居家养老智能室内环境监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于物联网的居家养老智能室内环境监测系统，包括传感层、数据层、老人日常行为监测层和系统应用层，所述传感层的输出端与数据层的输入端连接，且数据层的输出端与老人日常行为监测层的输入端连接，所述老人日常行为监测层的输出端与系统应用层的输入端连接，本发明涉及环境监测技术领域。该基于物联网的居家养老智能室内环境监测系统，采用无线传感器进行居家养老室内环境的智能监测，所检测的内容丰富、实时性强，能够及时了解居家养老室内各个环境指标，显示老人的居住环境舒适度，从而采取适当的室内环境调节措施，同时采用的传感器体积较小，重量较轻，不会对老年用户的生活造成任何干扰。
Description
技术领域
本发明涉及环境监测技术领域，具体为一种基于物联网的居家养老智能室内环境监测系统。
背景技术
我国以步入老龄化社会，老年人口众多，受传统思想以及我国经济发展的影响，居家养老为主要的养老形式，90％的老人将在家中安度晚年，同时，老年人由于其身体机能的下降，大部分时间呆在室内，因此，室内环境质量直接影响老年人的生理健康和心理健康，进而影响他们的生活质量，室内空气质量会影响老年人的呼吸道疾病、热舒适度影响老年人的慢性病，而噪音环境会引起老年人焦虑、失眠等症状，因此，对居家养老室内环境的实时监测对老年人的身心健康至关重要。
大多数居家养老环境并不符合老年人的需求，目前居家养老室内环境的监测主要依赖于技术人员对特定环境在一定时间内的环境指标的监测，实时性差，而现有的监测仪所能监测的内容单一，自动化程度不高，不能对有害事件进行预测和报警，也不可以显示当前环境舒适度，更不能随时随地得知室内的环境情况，因此，急需借助互联网和物联网技术，对居家养老室内环境进行实时监测，及时了解各个环境指标，显示老人的居住环境舒适度，从而采取适当的室内环境调节措施。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于物联网的居家养老智能室内环境监测系统，解决了现有的居家养老室内环境监测主要依赖于技术人员对特定环境在一定时间内的环境指标的监测，实时性差，同时现有的监测仪所能监测的内容单一，自动化程度不高，不能对有害事件进行预测和报警，也不可以显示当前环境舒适度，更不能随时随地得知室内环境情况的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于物联网的居家养老智能室内环境监测系统，包括传感层、数据层、老人日常行为监测层和系统应用层，所述传感层的输出端与数据层的输入端连接，且数据层的输出端与老人日常行为监测层的输入端连接，所述老人日常行为监测层的输出端与系统应用层的输入端连接，传感层用于采集室内有害气体浓度信息、温湿度信息、噪声信息、用水信息、用电信息以及人体活动信息等基本信息，数据层可把采集到的基本信息进行数据收集并存储，再将收集的数据处理后远程发送到数据库，老人日常行为监测模块是采用高级模型和算法来分析监测到的关于老年人日常行为的数据，系统应用层随时随地使用智能手机或电脑来监察家居生活环境和老年人日常活动。
优选的，所述传感层包括芯片模块、有害气体浓度传感器、温湿度传感器模块、噪声传感器、用水传感器、用电传感器、人体活动传感器以及信号处理电路。
优选的，所述芯片模块的接线端分别通过杜邦线与有害气体浓度传感器、温湿度传感器模块、噪声传感器、用水传感器、用电传感器、人体活动传感器以及信号处理电路，且芯片模块是采用ATMEGA型号的芯片。
优选的，所述芯片模块包括WiFi模块、处理器模块、存储模块、控制器模块、电压转换器模块以及编译器模块。
优选的，所述数据层包括数据分析模块、数据收集及存储模块和数据库。
优选的，所述老人日常行为监测层包括环境监测模块、睡觉监测模块、洗澡监测模块、烹饪监测模块、移动监测模块和药物监测模块。
优选的，所述温湿度传感器模块的型号为DHT22，DHT22型号的温湿度传感器模块比DHT11型号的温湿度传感器模块拥有更高的精度和更大的量程，且噪声传感器的型号为SEN12642，该型号传感器重量小体积小，操作方便，测量的声强能量范围能够满足国家噪声管理标准中的全部要求。
优选的，所述人体活动传感器是采用HCSR501型号的超声波人体活动传感器，该型号传感器灵敏度高，可靠性强，价格合理并且自身不会发出任何辐射，不会对老年人的健康造成伤害。
优选的，所述WiFi模块为老人所处房间的无线网络，WiFi模块可以为传感器提供一个无线通讯环境，使得传感器模块能连接上被监测的老人房间的WiFi网络，从而可以将数据传输到数据库。
优选的，所述系统应用层为智能手机或电脑智能设备中的一种。
优选的，所述处理器模块用于处理传感器接收到的各种环境信号，进而将信号转化为数据通过所述无线通讯模块传输到数据库。
优选的，对存储到的数据通过所述WiFi模块发送到数据库。
优选的，所述电压转换器模块通过电压的变化来将监测到的环境信号转变成数据。
优选的，所述编译器模块用于编写各个部分的代码。
优选的，所述传感层用于接收老人房间的各个环境信号，包括有害气体浓度信号、温湿度信号、室内用水信号、室内用电信号和人体活动信号。
优选的，所述电源模块是通过使用USB延长线来将传感器模块与电源模块相连，由于本发明需要每时每刻地监测各种环境指标，如果使用电池来作为电源，将需要时不时地进行更换，这将会增加监测过程中的工作量，同时也会缺漏某些关键时刻的数据，因此通过使用USB延长线来将传感器模块与电源模块相连，从而源源不断地给传感器提供电源，以保证数据的完整性。
优选的，所述数据库为Mathworks开发的数据库。
(三)有益效果
本发明提供了一种基于物联网的居家养老智能室内环境监测系统。与现有技术相比具备以下有益效果：
(1)、该基于物联网的居家养老智能室内环境监测系统，通过采用无线传感器进行居家养老室内环境的智能监测，所检测的内容丰富、实时性强，能够及时了解居家养老室内各个环境指标，显示老人的居住环境舒适度，从而采取适当的室内环境调节措施。
(2)、该基于物联网的居家养老智能室内环境监测系统，通过采用的传感器体积较小，重量较轻，不会对老年用户的生活造成任何干扰。
(3)、该基于物联网的居家养老智能室内环境监测系统，通过采用的无线传感器网络技术具有低功耗、低成本、易维护、高精度的数据采集、可进行自动化采集数据并进行数据处理、多功能化等优点。
(4)、该基于物联网的居家养老智能室内环境监测系统，通过采用的无线传感器网络技术只需要连接所监测区域的无线网络即可对需要监测的环境指标进行实时的监测，使得收集到的数据更加准确，减少了人为的参与从而降低了对老人日常生活的干扰。
(5)、该基于物联网的居家养老智能室内环境监测系统，通过使用了USB延长线来将传感器模块与电源相连接，可以不间断地给传感器供电，保证了电压的稳定性，从而保证了数据不会间断、缺漏，使收集到的数据更加全面、具体。
(6)、该基于物联网的居家养老智能室内环境监测系统，通过可视化的监测模型能够更简单直观地监察家居生活环境和老年人日常活动，从而有助于提醒老年人的异常行为以及注意家居生活环境。
(7)、该基于物联网的居家养老智能室内环境监测系统，通过图表将所监测到的数据显示在云端，使数据结果更加可视化，分析起来更加方便。
附图说明
图1为本发明系统的结构原理框图；
图2为本发明芯片模块的结构原理框图。
图中，1传感层、11芯片模块、111WiFi模块、112处理器模块、113存储模块、114控制器模块、115电压转换器模块、116编译器模块、12有害气体浓度传感器、13温湿度传感器模块、14噪声传感器、15用水传感器、16用电传感器、17人体活动传感器、17信号处理电路、2数据层、21数据分析模块、22数据收集及存储模块、23数据库、3老人日常行为监测层、31环境监测模块、32睡觉监测模块、33洗澡监测模块、34烹饪监测模块、35移动监测模块、36药物监测模块、4系统应用层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明实施例提供两种技术方案：一种基于物联网的居家养老智能室内环境监测系统，具体包括以下实施例：
实施例1
本实施例的一种基于无线传感器网络的养老机构环境监测系统。如图1和2所示，包括用于采集室内有害气体浓度信息、温湿度信息以及室内用水用电等基本信息的传感层1；与传感层1通讯连接，用于数据收集、存储以及将处理后的数据远程发送到数据库23的数据层2；进一步采用高级模型和算法来建立关于老年人日常行为监测层3；以及通过使用智能手机和电脑来监察家居生活环境和老年人日常活动的系统应用层4。
其工作原理：室内采集端中的传感层1检测老人房间各种环境信息，例如有害气体浓度信息、温湿度信息、噪声信息、用水信息、用电信息、人体活动信息、门开关状态等基本信息。
采集到的老年人室内环境信息传输到数据分析层2进行数据收集与存储，将收集的数据处理后再远程发送到数据库23；然后将原始数据抽象为可以描述老年人日常活动的特征数据；原始数据和特征数据都存储在智能数据库23中。
在数据分析层中分析的特征数据进一步采用高级模型和算法来建立关于老年人日常行为监测层3；例如温度湿度数据用于监测老年人的热舒适和建筑环境的室内空气质量。
通过监测到的信息在系统应用层4使用智能手机和电脑来监察家居生活环境和老年人日常活动，因而可以提醒用户注意自己的异常行为如忘记吃药、失眠、食欲不振等，并提醒用户注意家居生活环境如水电的使用和门窗的开闭等情况。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上做进一步优化，传感层1包括芯片模块11、有害气体浓度传感器12、温湿度传感器模块13、噪声传感器14、用水传感器15、用电传感器16、人体活动传感器17以及信号处理电路18，其中芯片模块11采用ATMEGA芯片，温湿度传感器模块13采用DHT22型号，噪声传感器14采用SEN12642型号，人体活动传感器17采用HCSR501型号。芯片与传感器之间通过杜邦线连接。
传感器与电源通过USB延长线相连接，从而给传感器提供不断的电能，保证了数据的完整性，避免了人为地经常性更换电池从而打扰到老年人的正常生活，USB延长线采用公对母数据线，多根USB延长线可以进行拼接，从而可以延伸到任意的位置，避免传感器的放置位置受到限制。
传感层1接通电源之后将会连上老人房间的无线网络，将接收到的各种环境信号通过芯片转换成数据传输到云端，用户则可以通过电脑或者手机实时查看监测到的数据。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种基于物联网的居家养老智能室内环境监测系统，其特征在于：包括传感层(1)、数据层(2)、老人日常行为监测层(3)和系统应用层(4)，所述传感层(1)的输出端与数据层(2)的输入端连接，且数据层(2)的输出端与老人日常行为监测层(3)的输入端连接，所述老人日常行为监测层(3)的输出端与系统应用层(4)的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的居家养老智能室内环境监测系统，其特征在于：所述传感层(1)包括芯片模块(11)、有害气体浓度传感器(12)、温湿度传感器模块(13)、噪声传感器(14)、用水传感器(15)、用电传感器(16)、人体活动传感器(17)以及信号处理电路(18)。
3.根据权利要求2所述的一种基于物联网的居家养老智能室内环境监测系统，其特征在于：所述芯片模块(11)的接线端分别通过杜邦线与有害气体浓度传感器(12)、温湿度传感器模块(13)、噪声传感器(14)、用水传感器(15)、用电传感器(16)、人体活动传感器(17)以及信号处理电路(18)，且芯片模块()是采用ATMEGA型号的芯片。
4.根据权利要求2所述的一种基于物联网的居家养老智能室内环境监测系统，其特征在于：所述芯片模块(11)包括WiFi模块(111)、处理器模块(112)、存储模块(113)、控制器模块(114)、电压转换器模块(115)以及编译器模块(116)。
5.根据权利要求1所述的一种基于物联网的居家养老智能室内环境监测系统，其特征在于：所述数据层(2)包括数据分析模块(21)、数据收集及存储模块(22)和数据库(23)。
6.根据权利要求1所述的一种基于物联网的居家养老智能室内环境监测系统，其特征在于：所述老人日常行为监测层(3)包括环境监测模块(31)、睡觉监测模块(32)、洗澡监测模块(33)、烹饪监测模块(34)、移动监测模块(35)和药物监测模块(36)。
7.根据权利要求2所述的一种基于物联网的居家养老智能室内环境监测系统，其特征在于：所述温湿度传感器模块(13)的型号为DHT22，且噪声传感器(14)的型号为SEN12642。
8.根据权利要求2所述的一种基于物联网的居家养老智能室内环境监测系统，其特征在于：所述人体活动传感器(17)是采用HCSR501型号的超声波人体活动传感器。
9.根据权利要求4所述的一种基于物联网的居家养老智能室内环境监测系统，其特征在于：所述WiFi模块(111)为老人所处房间的无线网络。
10.根据权利要求1所述的一种基于物联网的居家养老智能室内环境监测系统，其特征在于：所述系统应用层(4)为智能手机或电脑智能设备中的一种。
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