CN111882164A - 基于物联网架构的村组防疫一体化平台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于物联网架构的村组防疫一体化平台中，其中网关协调节点可以接收终端设备采集的状态数据，将状态数据发送给服务器，服务器可以获取每个村民的实时体温、心率、实时位置数据、和紧急求救信号，根据实时温度、心率判断相应村民是否出现异常，根据实时位置数据判断相应村民是否处在村组管理范围内，同时判断是否有紧急求救信号，对出现异常、处在村组管理范围之外和/或产生紧急求救信号的村民进行标注，以生成包含每个村民实时状态信息的村组疫情防疫防控地图；这样客户端可以通过浏览器远程访问服务器获取村组疫情防控地图，并对网关协调节点进行远程参数设置，以实现村组疫情防控信息自动采集、无线传输和远程监控。

Description

基于物联网架构的村组防疫一体化平台
技术领域
本发明涉及智能数据处理技术领域，尤其涉及一种基于物联网架构的村组防疫一体化平台。
背景技术
农村防疫工作与城市防疫工作情况有所不同，相对于城市可以以小区为单位采取更精确更规范更有效的防疫措施，农村村民分布分散，常见的以村组进行分布，各村之间人员来往比较频繁；并且农村老百姓防护意识弱、认识不足，有关防控措施落实不是很好；其次是受传统风俗习惯影响，很多农村地区居民习惯过节走村串户、赶集逛街，聚集性活动较多；最后是农村医疗卫生能力不强，人员物资不足。针对农村特有的情况，可以通过一定的方法进行有效的疫情防控，做到更好的防患于未然。
现有的农村防疫工作，更多的是依靠人为去进行监管和防控，仅仅通过人力，效率低下，不利于更好的开展农村疫情防控防疫工作。
发明内容
针对现有的农村疫情防疫防控工作的不足和困难，本发明提出一种基于物联网架构的村组防疫一体化平台，其设计成本低、易扩展，能够帮组村支部更好的开展各村组疫情防疫防控工作。
为实现本发明的目的，提供一种基于物联网架构的村组防疫一体化平台，包括终端设备、网关协调节点、服务器和客户端；
所述终端设备包括第一无线传输模块、定位模块、温度模块、心率模块、报警模块、和NFC模块；所述温度模块、心率模块和定位模块用于采集村组管理范围下各个佩戴终端设备的村民在疫情期间的状态数据，将状态数据发送给网关协调节点；NFC模块储存与各个村民关联的服务器端的NFC配置信息，设置在村口防疫关卡的NFC阅读器读取终端设备中NFC模块存储的配置信息，将读取到的NFC模块的配置信息与预设在服务器的信息进行校验，若信息校验成功，输出允许通行的信号；所述状态数据包括实时体温、心率和实时位置数据；
所述网关协调节点用于接收终端设备采集的状态数据，将状态数据发送给服务器并将经过服务器处理判断后生成的报警信号发送到终端设备的报警模块；
所述服务器获取每个村民的实时体温、心率、实时位置数据、和紧急求救信号，根据实时温度、心率判断相应村民是否出现异常，根据实时位置数据判断相应村民是否处在村组管理范围内，同时判断是否有紧急求救信号，对出现异常、处在村组管理范围之外和/或产生紧急求救信号的村民进行标注，以与处在正常状态的村民形成区别，生成包含每个村民实时状态信息的村组疫情防疫防控地图；
所述客户端，通过浏览器远程访问服务器获取村组疫情防控地图，并对网关协调节点进行远程参数设置，以实现村组疫情防控信息自动采集、无线传输和远程监控。
在一个实施例中，所述终端设备还包括紧急求救按钮模块；所述紧急求救按钮模块读取村民在自主察觉到自身身体异样时输入的紧急求救指令，产生紧急求助信号，将紧急求助信号分别发送至所述第一无线传输模块，所述第一无线传输模块将所述紧急求助信号发送给服务器和客户端，以通知各村组管理人员采取措施救治；报警模块在佩戴终端设备村民处于身体异常状态或者所处位置超出管理范围时输出报警信号。
在一个实施例中，所述温度模块包括数字温湿度传感器。
在一个实施例中，所述定位模块包括GPS定位模块。
在一个实施例中，所述网关协调节点包括第二无线传输模块和4G通信模块。
在一个实施例中，所述终端设备包括智能手环。
上述基于物联网架构的村组防疫一体化平台中，网关协调节点可以接收终端设备采集的状态数据，将状态数据发送给服务器并将经过服务器处理判断后生成的报警信号发送到终端设备的报警模块；服务器可以获取每个村民的实时体温、心率、实时位置数据、和紧急求救信号，根据实时温度、心率判断相应村民是否出现异常，根据实时位置数据判断相应村民是否处在村组管理范围内，同时判断是否有紧急求救信号，对出现异常、处在村组管理范围之外和/或产生紧急求救信号的村民进行标注，以与处在正常状态的村民形成区别，生成包含每个村民实时状态信息的村组疫情防疫防控地图；这样客户端可以通过浏览器远程访问服务器获取村组疫情防控地图，并对网关协调节点进行远程参数设置，以实现村组疫情防控信息自动采集、无线传输和远程监控。其具有成本低，体积小，功耗低，适应性强，可实现批量生产的优势；使用4G通信网络，实现更低传输时延；能够对监管区域村民实时监管，发生紧急情况可以通过客户端快速把握情况，采取最有最有效的方法；利用实时位置信息可以更好的对疫情期间的村民走动情况进行了解和控制，防止疫情的扩散；还通过采用NFC技术来更好的管理疫情期间村民出入村庄和控制外村村民走村串户，更好的提升疫情期间的防疫防控效率。
附图说明
图1是一个实施例的基于物联网架构的村组防疫一体化平台结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
参考图1所示，图1为一个实施例的基于物联网架构的村组防疫一体化平台结构示意图，包括终端设备、网关协调节点、服务器和客户端；
所述终端设备包括第一无线传输模块、定位模块、温度模块、心率模块、报警模块、和NFC模块(近场通信模块，Near Field Communication)；所述温度模块、心率模块和定位模块用于采集村组管理范围下各个佩戴终端设备的村民在疫情期间的状态数据，将状态数据发送给网关协调节点；NFC模块储存与各个村民关联的服务器端的NFC配置信息，设置在村口防疫关卡的NFC阅读器读取终端设备中NFC模块存储的配置信息，将读取到的NFC模块的配置信息与预设在服务器的信息进行校验，若信息校验成功，输出允许通行的信号(如进村指令或出村指令等等)；所述状态数据包括实时体温、心率和实时位置数据；
所述网关协调节点用于接收终端设备采集的状态数据，将状态数据发送给服务器并将经过服务器处理判断后生成的报警信号发送到终端设备的报警模块进行报警；
所述服务器获取每个村民的实时体温、心率、实时位置数据、和紧急求救信号，根据实时温度、心率判断相应村民是否出现异常，根据实时位置数据判断相应村民是否处在村组管理范围内，同时判断是否有紧急求救信号，对出现异常、处在村组管理范围之外和/或产生紧急求救信号的村民进行标注，以与处在正常状态的村民形成区别，生成包含每个村民实时状态信息的村组疫情防疫防控地图；
所述客户端，通过浏览器远程访问服务器获取村组疫情防控地图，并对网关协调节点进行远程参数设置，以实现村组疫情防控信息自动采集、无线传输和远程监控。
上述服务器包括Web服务器、GIS服务器和数据库服务器。客户端通过浏览器远程访问Web服务器获取村组疫情防控地图。
在实际应用过程中，上述NFC模块储存与该村民关联的服务器端的NFC配置信息(各个村民基本的身份信息)，设置在村口防疫关卡的NFC阅读器读取终端设备中NFC模块存储的配置信息，然后将读取到的信息与预设在服务器端的信息进行校验，若信息校验成功，村民可以出村进行生活品采购，同时进村也要进行同样的信息校验。
上述报警模块包括振动器(线性振动马达)。当报警模块接收接受从服务器传送的报警信号时，此模块会振动提醒村民当前所处状态。
在一个实施例中，所述终端设备还包括紧急求救按钮模块；所述紧急求救按钮模块读取村民在自主察觉到自身身体异样时输入的紧急求救指令，产生紧急求助信号，将紧急求助信号分别发送至所述第一无线传输模块，所述第一无线传输模块将所述紧急求助信号发送给服务器和客户端，以通知各村组管理人员采取措施救治；报警模块在佩戴终端设备村民处于身体异常状态或者所处位置超出管理范围时输出报警信号。
在一个实施例中，所述温度模块包括数字温湿度传感器。
本实施例中，温度模块以数字温湿度传感器芯片HTU21D为核心器件。
进一步地，心率模块以光学传感器芯片GH301为核心器件。
在一个实施例中，所述定位模块包括GPS定位模块，以GPS定位为主。
在一个实施例中，所述网关协调节点包括第二无线传输模块和4G通信模块。
上述第二无线传输模块以Lora扩频模块AS62-T20为核心器件。上述4G通信模块以G8100为核心器件。
在一个实施例中，所述终端设备包括智能手环。
在一个实施例中，上述服务器和客户端都是基于SuperMap GIS地理信息系统软件平台开发的，借助监控系统的地理信息系统(Geographic Information System，GIS)对处于异常状态的终端设备(智能手环)进行精准定位，从而让各村组疫情管理人员借助此系统能够采取及时的解决措施。
上述基于物联网架构的村组防疫一体化平台中，网关协调节点可以接收终端设备采集的状态数据，将状态数据发送给服务器并将经过服务器处理判断后生成的报警信号发送到终端设备的报警模块；服务器可以获取每个村民的实时体温、心率、实时位置数据、和紧急求救信号，根据实时温度、心率判断相应村民是否出现异常，根据实时位置数据判断相应村民是否处在村组管理范围内，同时判断是否有紧急求救信号，对出现异常、处在村组管理范围之外和/或产生紧急求救信号的村民进行标注，以与处在正常状态的村民形成区别，生成包含每个村民实时状态信息的村组疫情防疫防控地图；这样客户端可以通过浏览器远程访问服务器获取村组疫情防控地图，并对网关协调节点进行远程参数设置，以实现村组疫情防控信息自动采集、无线传输和远程监控。其具有成本低，体积小，功耗低，适应性强，可实现批量生产的优势；使用4G通信网络，实现更低传输时延；能够对监管区域村民实时监管，发生紧急情况可以通过客户端快速把握情况，采取最有最有效的方法；利用实时位置信息可以更好的对疫情期间的村民走动情况进行了解和控制，防止疫情的扩散；还通过采用NFC技术来更好的管理疫情期间村民出入村庄和控制外村村民走村串户，更好的提升疫情期间的防疫防控效率。
在一个实施例中，如图1所示，上述基于物联网架构的村组防疫一体化平台包括终端设备、网关协调节点、服务器和客户端四个部分。
终端设备包括无线传输模块、定位模块、温度模块、心率模块、紧急求救按钮模块、报警模块和NFC模块。
在一个示例中，温度模块中的数字温湿度传感器芯片HTU21D由法国Humirel公司推出，为使用者提供两线数字串行接口SCK和DATA，接口简单，支持CRC传输校验，微型的DFN封装，传输可靠性搞、响应时间快(只需5s)、抗干扰能力强、成本低、功耗低、体积小，温度采集精度高(温度测量精度±3.0％℃)，为了避免由于SCK和DATA信号线相互平行并且非常接近导致的信号串扰和通讯失败，在电源引脚(VDD，GND)之间加一个100μF的电容。通过SCK串行时钟输入接口来实现AS62-T20与HTU21D之间的通讯同步，DATA接口作为串行数据接口，用于读取传感器数据。当系统发出传感器调用命令时，DATA接口在SCK始终上升沿有效，在SCK下降沿之后改变，且在SCK高电平时保持稳定，只需按照HTU21D提供的接口将温度数据经主控芯片传送给AS62-T20即可。
心率模块中的心率传感器GH301由汇顶科技公司推出，此心率传感器集成了3个LED，一个光学接收器和模拟前端。具备超低功耗、超高精度、超薄厚度的特性，并且支持SPI、IIC通信接口，适合本实施例的要求。GH301包括三种工作模式：Sleep模式、HBD模式、ADT模式。系统上电初始化后进入Sleep模式，处于此模式下的系统功耗最低；当启动心率检测后，系统进入HBD模式，心率通过SPI/IIC接口读取；启动佩戴检测后，系统进入ADT模式，GH301进行佩戴检测，通过中断返回佩戴状态。AS62-T20可以通过IIC访问GH301内部资源，包括寄存器和FIFO；除此之外，还支持command功能，能够接受并解析AS62-T20发送的command，用于控制GH301的内部状态的跳转。
终端节点(终端设备)的定位模块采用的基于ROM版本设计的L70-R GPS模块，采用联发科技定位引擎技术，具有成本超低，尺寸精巧，功耗极低，定位快速等优点，且支持多种省电模式：Standby模式(电流消耗500μA)、Backup模式(电流消耗8μA)、Periodic模式、AlwaysLocate模式，在AlwaysLocate模式下消耗电流13mA，符合本发明专利的要求。L70-RGPS模块通过串口和主控芯片通讯，将接收到的GPS定位信息无线传输模块和4G通信模块发送到服务器端和客户端。实时的获取佩戴终端设备的各个村民的当前位置，预防村民随意走动影响防疫工作。同时能够实现对返乡在家隔离的人员进行更好的管控，防止引起不必要的恐慌。
NFC模块采用的NFC技术及射频识别技术，通过非接触的方式实现双向通信，NFC发起设备提供射频场，NFC目标设备运用负载调制技术，可以和调整至于发起设备一样的传输速率进行数据传输。本实施例中NFC模块储存与各个村民关联的服务器端的NFC配置信息，配置信息中包含各个村民基本的身份信息。当村民佩戴终端设备通过村口的防疫关卡时，借助NFC技术非接触的与设置在村口防疫关卡的NFC阅读器进行数据的匹配，由此更好的对村内外人员流动的控制，有效的进行防疫工作。
网关协调节点包括无线传输模块和4G通信模块，用于接受终端设备采集的数据，并将此数据通过4G网络发送给服务器，同时网关协调节点也将经过服务器处理过的报警信号发送到终端节点。无线传输模块以AS62-T20为核心器件，4G通信模块为合方圆科技开发的G8100，该芯片基于高通平台，集成多种无线通信模式，支持主要的频段和多种接口。G8100工作电压为3.4～4.5V，最大平均电流220mA，待机状态电流消耗为1.2mA，在内部精确的电源管理算法下，具有功耗低的特点且容错能力强。符合本发明的要求，便于更好的搭建基于物联网架构的村组防疫一体化平台。其中AS62-T20完成网络中数据的收集、储存，并利用G8100通过4G网络把传感器获取的数据发送到Web服务器和数据库服务器，同时分析发送过来的数据，来控制整个网络。
无线传输模块采用LoRa低功耗的无线通信技术，相比于ZigBee和无线分组业务具有更好的抗干扰能力，传输距离和覆盖范围更广，成本更低。本发明专利以LoRa扩频模块AS62-T20为核心模块，此芯片可连续传输，不限制数据包大小，速度快，且采用高效的循环交织纠错编码算法，编码效率高，纠错能力强。本发明专利中AS62-T20与MCU(STM32F103C8T6)通过TTL串口连接。AS62-T20支持四种工作模块(一般模式、唤醒模式、省电模式、休眠模式)，引脚MD0和MD1来决定工作状态。AS62-T20将终端节点的传感器采集到的数据发送到网关协调节点，同时也会接收来自服务器发来的报警信号，并转发到终端节点，完成报警的过程。
本实施例中主控芯片采用ST公司的芯片STM32F103C8T6，其是一款基于ARM 32位的Cortex M3内核的单片机，具有64KB的Flash储存器与20KB的SRAM储存器，同时集成了GPIO口、DMA控制器、UART、SPI接口、IIC接口等，并且成本低、速度快等优点，满足本发明专利的要求。在此基于物联网架构的村组防疫一体化平台的发明专利中，主控芯片与各传感器节点相连，将采集到的数据经无线传输模块发送到网关协调节点，这样传感器、主控芯片和无线传输模块完成一次工作周期。同时主控芯片将无线传输模块发送过来的报警信号传输到报警模块，完成报警功能。
客户端和WebGIS服务器都是基于所述的服务器和客户端都是基于SuperMap GIS地理信息系统软件平台开发的，从网关协调节点获取到的终端设备采集的每个个体的温度、心率和实时位置，借助监控系统的地理信息系统(Geographic Information System，GIS)，按照本发明专利的要求，服务器用于利用终端设备获取到的每个村民的实时温度、心率、实时位置信息、和紧急求救信号，根据对实时温度、心率数值进行判断是否出现异常，对实时位置信息进行判断是否处在村组管理范围内，同时判断是否有终端设备产生的紧急求救信号，对出现异常、处在村组管理范围之外和紧急求救的情况用特殊符号进行标注，与处在正常状态的村民形成区别，从而生成包含每个村民实时状态信息的村组疫情防疫防控地图。客户端可以远程的通过访问服务器来获取每个村民的实时状态，根据不同的状态从而及时采取相应的措施和解决方法，从而实现高效的村组疫情防控管理。
与现在农村疫情防疫情况相比，本实施例具有以下有益效果：
1、本平台的成本低，体积小，功耗低，适应性强，可实现批量生产；
2、使用4G通信网络，实现更低传输时延；
3、对监管区域(村组管理范围)村民实时监管，发生紧急情况可以通过客户端快速把握情况，采取最有最有效的方法；
4、利用实时位置信息可以更好的对疫情期间的村民走动情况进行了解和控制，防止疫情的扩散；
5、通过采用NFC技术来更好的管理疫情期间村民出入村庄和控制外村村民走村串户，更好的提升疫情期间的防疫防控效率。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
需要说明的是，本申请实施例所涉及的术语“第一\第二\第三”仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二\第三”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
本申请实施例的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或模块的过程、方法、装置、产品或设备没有限定于已列出的步骤或模块，而是可选地还包括没有列出的步骤或模块，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种基于物联网架构的村组防疫一体化平台，其特征在于，包括终端设备、网关协调节点、服务器和客户端；
所述终端设备包括第一无线传输模块、定位模块、温度模块、心率模块、报警模块、和NFC模块；所述温度模块、心率模块和定位模块用于采集村组管理范围下各个佩戴终端设备的村民在疫情期间的状态数据，将状态数据发送给网关协调节点；NFC模块储存与各个村民关联的服务器端的NFC配置信息，设置在村口防疫关卡的NFC阅读器读取终端设备中NFC模块存储的配置信息，将读取到的NFC模块的配置信息与预设在服务器的信息进行校验，若信息校验成功，输出允许通行的信号；所述状态数据包括实时体温、心率和实时位置数据；
所述网关协调节点用于接收终端设备采集的状态数据，将状态数据发送给服务器并将经过服务器处理判断后生成的报警信号发送到终端设备的报警模块；
所述服务器获取每个村民的实时体温、心率、实时位置数据、和紧急求救信号，根据实时温度、心率判断相应村民是否出现异常，根据实时位置数据判断相应村民是否处在村组管理范围内，同时判断是否有紧急求救信号，对出现异常、处在村组管理范围之外和/或产生紧急求救信号的村民进行标注，以与处在正常状态的村民形成区别，生成包含每个村民实时状态信息的村组疫情防疫防控地图；
所述客户端，通过浏览器远程访问服务器获取村组疫情防控地图，并对网关协调节点进行远程参数设置，以实现村组疫情防控信息自动采集、无线传输和远程监控。
2.根据权利要求1所述的基于物联网架构的村组防疫一体化平台，其特征在于，所述终端设备还包括紧急求救按钮模块；所述紧急求救按钮模块读取村民在自主察觉到自身身体异样时输入的紧急求救指令，产生紧急求助信号，将紧急求助信号分别发送至所述第一无线传输模块，所述第一无线传输模块将所述紧急求助信号发送给服务器和客户端，以通知各村组管理人员采取措施救治；报警模块在佩戴终端设备村民处于身体异常状态或者所处位置超出管理范围时输出报警信号。
3.根据权利要求1所述的基于物联网架构的村组防疫一体化平台，其特征在于，所述温度模块包括数字温湿度传感器。
4.根据权利要求1所述的基于物联网架构的村组防疫一体化平台，其特征在于，所述定位模块包括GPS定位模块。
5.根据权利要求1所述的基于物联网架构的村组防疫一体化平台，其特征在于，所述网关协调节点包括第二无线传输模块和4G通信模块。
6.根据权利要求1所述的基于物联网架构的村组防疫一体化平台，其特征在于，所述终端设备包括智能手环。
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