CN206773459U - 基于物联网的智能居家养老监测系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于物联网的智能居家养老监测系统，包括用于居家养老监测的上位机，用于实现ZigBee无线网络组网的区域协调器，以及用于采集使用者信息的移动节点；所述的上位机通过GPRS网络与若干的区域协调器连接通信；所述的区域协调器通过Zigbee网络与其对应区域内的每个移动节点无线连接通信；通过物联网和Zigbee技术形成智能居家养老监测系统，在社区内和家庭内全部采用无线方式，不需要铺设线路，同时能够通过移动节点和生理参数的采集实现集成，对使用者尤其是老人的健康状况进行实施监测，实现了对居家养老的精确管理和监测；结构简单，设计合理，对老人的生活影响降到最低，并且网络组建能力强，扩展方便快捷。
Description
技术领域
本实用新型涉及养老监测系统，具体为基于物联网的智能居家养老监测系统。
背景技术
在我国人口老龄化、高龄化加剧，空巢化、家庭小型化趋势延续，失能、半失能老年人数量持续增长的大环境下，针对老年人的照料和护理问题日益突出。考虑到家庭养老功能的日益衰弱和机构养老的力不从心，及多数老年人处于经济和情感上的原因不愿离开熟悉的社区环境，加上如今人们住房水平的提高，老人们有了较好的住家环境，老人更希望在家里而不是在养老机构接受服务，居家养老便应运而生。
居家养老不同于传统的家庭养老，是兼具家庭养老和机构养老优越性的新型养老方式。居家养老目前向着智能居家养老方向发展，老人对生活质量的要求也越来越高，而目前老人所用的紧急呼叫器、跌倒报警器、防走失定位器等一系列产品及服务，只能提供单一的服务与功能，无法实现居家养老全方位监测的服务，同时各终端之间还存在组网困难，监控滞后，成本高的问题。
实用新型内容
针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种基于物联网的智能居家养老监测系统，通过将物联网技术应用于养老管理系统中，可以实时监测老人的身体健康状态，并在老人发生意外状况时及时报警。
本实用新型是通过以下技术方案来实现：
基于物联网的智能居家养老监测系统，包括用于居家养老监测的上位机，用于实现ZigBee无线网络组网的区域协调器，以及用于采集使用者信息的移动节点；
所述的上位机通过GPRS网络与若干的区域协调器连接通信；
所述的区域协调器通过Zigbee网络与其对应区域内的每个移动节点无线连接通信；
所述的移动节点包括无线射频单片机，以及分别与无线射频单片机交互的脉搏传感器、体温传感器、血压传感器和加速度传感器；脉搏传感器、体温传感器、血压传感器和加速度传感器实时采集使用者的脉搏、体温、血压和竖直方向的加速度。
优选的，移动节点还包括与无线射频单片机交互连接的GSM报警模块，所述的GSM报警模块采用SIM900A芯片。
移动节点还包括与无线射频单片机交互连接的紧急呼叫按钮，紧急呼叫按钮用于向无线射频单片机发送触发电平。
优选的，移动节点采用集成无线射频单片机，以及分别与无线射频单片机交互的脉搏传感器、体温传感器、血压传感器和加速度传感器的手环。
优选的，还包括用于控制摄像头、广播和灯的固定节点；
所述的区域协调器通过Zigbee网络与其对应区域内的每个固定节点无线连接通信；
所述的摄像头、广播和灯分别设置在养老社区和/或家庭内。
优选的，所述的无线射频单片机采用CC2530无线射频单片机，所述的移动节点还包括分别与CC2530无线射频单片机连接，用于供电的电源模块，用于提供时钟频率的晶振电路模块，用于数据交互的串口模块，以及用于数据无线传输的天线模块。
优选的，加速度传感器的输出端连接STC12单片机；STC12单片机用于处理加速性信号，并与设定的阈值对比，经输出端输出对比结果信号连接无线射频单片机。
优选的，所述的区域协调器用于周期性的发出数据，与其连接的移动节 点接收数据并存储RSSI值，用于移动节点的定位。
优选的，区域协调器通过路由器与移动节点连接通信。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
本实用新型通过物联网和Zigbee技术形成智能居家养老监测系统，在社区内和家庭内全部采用无线方式，不需要铺设线路，同时能够通过移动节点和生理参数的采集实现集成，对使用者尤其是老人的健康状况进行实施监测，实现了对居家养老的精确管理和监测；结构简单，设计合理，对老人的生活影响降到最低，并且网络组建能力强，扩展方便快捷。
进一步的，通过设置的GSM报警模块和紧急呼叫按钮，能够主动和被动的及时发现老人的特殊情况，对老人完成及时的救助和全方位完善的支持保护；及时的对行动能力较弱以及相关突发情况较多的老人实现及时响应。
进一步的，通过将基于Zigbee网路的移动节点进行集成设置，不仅便于操作，而且灵活性高，抗干扰能力强，通信稳定。
进一步的，通过固定节点的设置能够对社区或家庭内的监控环境进行控制和监测，配合移动节点的定位，更好的对老人进行服务已经照顾。
附图说明
图1为本实用新型实例中所述智能居家养老监测系统的结构框图。
图2为本实用新型实例中所述移动节点的结构框图。
图3为本实用新型实例中所述加速度传感器的电路图。
图4为本实用新型实例中所述GSM报警模块结构框图。
图5为本实用新型实例中所述加速度信号的对比流程图。
图6为本实用新型实例中所述紧急呼叫按钮的信号流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。
本实用新型是为老年人社区居家养老服务的，充分考虑到老人的身体状况，使得系统能够及时监测和采集到老人重要体征数据，从而能够实时的对广大老人的居家养老提供监测和服务。本实用新型中采用了包括物联网技术、ZigBee技术、RSSI定位方法、单片机技术和GSM/GPRS移动通信技术和传感器技术。
具体的，如图1所示，本实用新型基于物联网的智能居家养老监测系统，包括用于居家养老监测的上位机，用于实现ZigBee无线网络组网的区域协调器，以及用于采集使用者信息的移动节点；所述的上位机通过GPRS网络与若干的区域协调器连接通信；所述的区域协调器通过Zigbee网络与其对应区域内的每个移动节点无线连接通信。
如图2所示，所述的移动节点包括无线射频单片机，以及分别与无线射频单片机交互的脉搏传感器、体温传感器、血压传感器和加速度传感器；脉搏传感器、体温传感器、血压传感器和加速度传感器实时采集使用者的脉搏、体温、血压和竖直方向的加速度。
本优选实例中ZigBee无线网络中，移动节点采用CC2530无线射频单片机，还包含电源模块、晶振模块、串口模块和天线模块。
移动节点通过脉搏传感器、体温传感器和血压传感器监测和采集老人的脉搏、体温和血压，通过加速度传感器检测老人摔倒信号，将其通过ZigBee网络传递到上位机，同时，采集到的加速度信号，还会触发GSM报警模块工作，向指定号码发送短信或者拨打电话。
ZigBee网络中，能够通过区域协调器和移动节点计算出移动节点位置信号之后，将位置信号通过GPRS网络传至上位机。同时，另一条通道通过GSM报警模块将报警信号发给管理人员，提醒尽快处理。
ZigBee网络包括区域协调器和移动节点，以及固定节点；还能够包括设置在区域协调器与移动节点和固定节点之间的路由器，根据实际需要选择 适当的节点进行组网通信。区域协调器用于组建网络，允许移动节点和/固定节点加入网络，与上位机通信；路由器能够转发信息，允许移动节点和/固定节点加入网络；移动节点和/固定节点用于申请加入网络和信息采集发送。
在本实用新型中，选用区域协调器用于与上位机通信，路由器用于通过移动节点在网络中采集脉搏、体温和血压数据，采集跌倒检测信号，采集紧急呼叫信号，控制GSM报警模块发短信、打电话以及报警信号传输。置于老人身上的Zig Bee移动节点会将位置数据实时地传输给上位机。
老人如摔倒等意外的情况时发送给上位机进行报警。置于老人身上的移动节点，安装了加速度传感器模块，该传感器能敏锐捕捉到一个高度的移动，如摔倒，坠落等，检测到异常后，通过ZigBee网路把报警信号传递给上位机。
GSM报警模块在获得老人摔倒信号后，传给上位机是一个信号，同时还需要第一时间将这个消息传给社区救护人员。由于社区救护人员的位置也很有可能是移动的，在系统中加入GSM报警模块，通过电话或短信联系管理员。
将老人设为各个移动的节点之后，需要上位机进行统筹管理。上位机能够实现显示老人脉搏、体温、血压数据，监测老人是否跌倒、是否远离安全区域、是否呼叫求助，还要能够显示老人的位置信息。
本实用新型通过脉搏传感器，体温传感器，血压传感器实时测量老人的脉搏，体温和血压，通过测量加速度检测老人是否跌倒。当老人跌倒，系统检测到后会置零跌倒检测标志位并触发GSM报警模块,发送对应的报警短信到管理员的手机上,并持续呼叫直到响应处理。跌倒检测信号也会通过ZigBee无线传感器网络传输到上位机，上位机处理后可以实时检测老人是否跌倒。
本实用新型中，如图2所示，移动节点中采用的是TI公司生产的CC2530无线射频单片机。CC2530以很低的功耗与材料组建功能强大的节点网络，配备着行业领先的RF天线，增强的8051内核，Flash可编程存储器和8Kb的存储器，CC2530胜任很多物联网工作模式下的工况。养老管理系统对功耗和定位精度有所要求，而这恰恰是CC2530所擅长的。因此对其选型符合本次养老管理系统的设计要求。
本实用新型中加入加速度传感器，用以区分正常行走和摔倒情况。选取加速度传感器主要是根据其工作特性，加速度传感器是用来测量到惯性力的电子设备，当检测到惯性力后，会通过传感元件将力信号转化为电信号。如图3所示，针对检测跌倒又不易误触发的需求，将本装置安装在老人身上时，要使加速度传感器的Z轴，垂直于地面。在老人静止或正常行走过程中，Z轴的加速度值为重力加速度9.8g/s2，当老人跌倒时，由于生理本能，Z轴的加速度值会小于重力加速度，设定好阀值即可作为将Z轴的加速度值作为判断老人是否跌倒的标志。
如图4所示，GSM报警模块中采用SIM900A芯片，SIM900A芯片通过ST12C5A进行数据的处理和传输，连接配置有SIM卡槽和匹配的天线，以及供电部分。SIM900A有着丰富的接口，可以支持SIM卡3V/1.8V接口、SPI接口、串行接口、I2C、PWM波等等。短信功能可以实现点对点MO和MT，短信广播和传送文本和PDU模式。数据传输功能支持PRS class10，最大85.6kbps的下行速率。ZigBee模块在计算出未知节点位置信号之后，将位置信号通过无线传感网络传至上位机。同时，另一条通道通过GSM将报警信号发给管理人员，提醒尽快处理。
加速度传感器的输出端采用STC12系列单片机作为主控制器，利用其模数转换功能采集减速度值并进行判定，流程如图5所示。首先配置串口，方便调试。配置模数转化寄存器，选用P1.5通道对加速度传感器的Z轴加 速度进行采集。判定Z轴加速度值，若小于阀值，置零跌倒检测标志位，并传送到移动节点，移动节点处理后可以启动GSM报警模块。本优选实例中能够采用压电式加速度传感器，利用STC12单片机对加速度进行采集，STC12单片机外部设备只需供电电路，复位电路和晶振电路，其自带模数转换器，配置好相应寄存器可以采集三轴加速度值。
在本实用新型中特意设置了老人紧急呼叫按钮，只要老人按下一个按键，即可自动发短信、拨打电话到社区管理人员的手机上，程序流程如图6所示。CC2530无线射频单片机首先初始化IO口，检测P04口的电平状况，如果P0.4口被置零则发送紧急呼叫标志信息到协调器，再传送到电脑上位机，同时触发GSM报警模块，发送短信、打电话呼叫管理人员。
建立ZigBee网状网络后，区域协调器周期性的发出数据，其他移动节点接收并存储RSSI值，节点i收到i-1发送的信息后，广播发送RSSI(信号衰减指示值)，其他节点存储RSSI，协调器汇总任意两节点间的RSSI值并传送到上位机，同时区域协调器接收移动节点发送的跌倒检测标志，紧急呼叫标志。
上位机能够利用现有的方法解析各节点间的RSSI值，利用信号衰减模型换算为任意两节点间的距离，再利用定位算法得到移动节点的坐标信息并显示。
Claims (9)
1.基于物联网的智能居家养老监测系统，其特征在于，包括用于居家养老监测的上位机，用于实现ZigBee无线网络组网的区域协调器，以及用于采集使用者信息的移动节点；
所述的上位机通过GPRS网络与若干的区域协调器连接通信；
所述的区域协调器通过Zigbee网络与其对应区域内的每个移动节点无线连接通信；
所述的移动节点包括无线射频单片机，以及分别与无线射频单片机交互的脉搏传感器、体温传感器、血压传感器和加速度传感器；脉搏传感器、体温传感器、血压传感器和加速度传感器实时采集使用者的脉搏、体温、血压和竖直方向的加速度。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的智能居家养老监测系统，其特征在于，移动节点还包括与无线射频单片机交互连接的GSM报警模块，所述的GSM报警模块采用SIM900A芯片。
3.根据权利要求1所述的基于物联网的智能居家养老监测系统，其特征在于，移动节点还包括与无线射频单片机交互连接的紧急呼叫按钮，紧急呼叫按钮用于向无线射频单片机发送触发电平。
4.根据权利要求1所述的基于物联网的智能居家养老监测系统，其特征在于，移动节点采用集成无线射频单片机，以及分别与无线射频单片机交互的脉搏传感器、体温传感器、血压传感器和加速度传感器的手环。
5.根据权利要求1所述的基于物联网的智能居家养老监测系统，其特征在于，还包括用于控制摄像头、广播和灯的固定节点；
所述的区域协调器通过Zigbee网络与其对应区域内的每个固定节点无线连接通信；
所述的摄像头、广播和灯分别设置在养老社区和/或家庭内。
6.根据权利要求1所述的基于物联网的智能居家养老监测系统，其特征 在于，所述的无线射频单片机采用CC2530无线射频单片机，所述的移动节点还包括分别与CC2530无线射频单片机连接，用于供电的电源模块，用于提供时钟频率的晶振电路模块，用于数据交互的串口模块，以及用于数据无线传输的天线模块。
7.根据权利要求1所述的基于物联网的智能居家养老监测系统，其特征在于，加速度传感器的输出端连接STC12单片机。
8.根据权利要求1所述的基于物联网的智能居家养老监测系统，其特征在于，所述的区域协调器用于周期性的发出数据，与其连接的移动节点接收数据并存储RSSI值，用于移动节点的定位。
9.根据权利要求1所述的基于物联网的智能居家养老监测系统，其特征在于，区域协调器通过路由器与移动节点连接通信。
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|---|---|---|---|---|
| CN110995800A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-04-10 | 滁州职业技术学院 | 一种基于大数据的智能社区居家养老监控系统 |
| CN111210603A (zh) * | 2020-01-09 | 2020-05-29 | 重庆高开清芯智联网络科技有限公司 | 智能手表系统、报警系统和报警方法 |
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