CN211718711U

CN211718711U - 一种基于物联网的空巢老人居家安全管理系统

Info

Publication number: CN211718711U
Application number: CN201922184989.7U
Authority: CN
Inventors: 孔鲁超; 潘鹏伟; 李洋阳; 张海彬; 吴文慧; 潘洪明
Original assignee: Zhejiang Gongshang University
Current assignee: Zhejiang Gongshang University
Priority date: 2019-12-09
Filing date: 2019-12-09
Publication date: 2020-10-20
Anticipated expiration: 2029-12-09

Abstract

本实用新型公开了一种基于物联网的空巢老人居家安全管理系统，包括主控模块、出行安全管理模块、用火安全管理模块、人数监测模块、腾讯云模块、移动端App模块、Web网页模块。在出行安全管理模块和用火安全管理模块中，通过传感器监测老人出行和厨房用火情况并将数据无线传输至主控模块；主控模块经分析判断后，语音提醒老人出行和用火安全事项并采用UDP协议将数据发送至腾讯云模块；本实用新型通过模块间数据的无线传输，移动端App和Web网页的远程监控，为空巢老人提供便捷的居家安全看护，实现了对空巢老人居家安全管理的物联网化。

Description

一种基于物联网的空巢老人居家安全管理系统

技术领域

本实用新型属于物联网技术，更具体地说，它涉及一种基于物联网的空巢老人居家安全管理系统。

背景技术

随着社会的发展和传统家庭模式的分解，越来越多的老年人步入了“空巢老人”的行列。近年来，我国空巢家庭数量一直呈上升趋势。全国老龄办2012年9月的数据显示，城市老年人“空巢家庭”比例已达49.7％。预计到2020年，空巢老年人将增加到1.18亿人左右，空巢老人将成为老年人中的“主力军”。

随着空巢老人数量的急剧增多，与空巢老人相关的各类问题随之而来。其中，由于老人普遍存在记忆力衰退的问题，空巢老人在面对用火、用电等日常生活时，尤其存在安全隐患。时常有老人出门忘带钥匙、甚至忘关灶火引发火灾的社会新闻，给本人及邻里的人身财产带来巨大损害。另外，由于空巢老人子女长期不在身旁，缺乏日常生活照料和情感上的慰藉，容易成为非法推销人员、小偷等犯罪分子的目标，为老人带来许多不可控的伤害。

随着科技的迅速进步，物联网技术的不断发展，“万物互联”即将成为现实。物联网将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，实现在任何时间、任何地点，人、机、物的互联互通。此外，深度学习技术也在迅速的发展，在各个领域取得了突破性的进展，给各个领域带来了新的发展契机。

在物联网技术和深度学习的结合下，对空巢老人居家安全问题提出一个更加全面的解决方案。规避记忆力衰退等不可抗力问题，结合深度学习使得老人的居家安全管理更加的智能化。同时子女能够通过手机App或者Web网页实时查看家中情况，在老龄人口不断增长的现今社会，将安全提醒和家人的远程监测相结合，为空巢老人的日常生活提供双重保障。

实用新型内容

为了能给空巢老人提供全方位的居家安全保障，本实用新型提供一种基于物联网的空巢老人居家安全管理系统，出行安全管理模块和用火安全管理模块实时监测老人出行和厨房用火情况，并将数据无线传输至主控模块；主控模块经分析判断后，用语音提醒老人的出行安全事项或厨房用火时间信息等，并将数据发送至云服务器；人数监测模块通过网络高清摄像头采集图像信息，并在Darknet框架下使用YOLO v3目标检测网络实现家中人数监测并将数据实时上传至云服务器。云服务器将相关数据实时发送至移动端App和Web网页供监护人查询，并在老人家中出现异常情况时通过移动端App及时通知预设联络人。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型公开了一种基于物联网的空巢老人居家安全管理系统，包括出行安全管理模块、用火安全管理模块、主控模块、人数监测模块、腾讯云模块、移动端App模块和Web网页模块；出行安全管理模块和用火安全管理模块分别与主控模块相连，主控模块和人数监测模块分别与腾讯云模块相连，腾讯云模块分别与移动端App模块和Web网页模块相连。

作为进一步地改进，本实用新型所述出行安全管理模块包括光敏传感器、STC89系列单片机和无线传输模块，光敏传感器与STC89系列单片机相连，STC89系列单片机与无线传输模块相连。光敏传感器实时监测门处的光强，并将数据发送至STC89系列单片机，STC89系列单片机通过分析判断并将数据通过无线传输模块发送至主控模块。

作为进一步地改进，本实用新型所述用火安全管理模块包括火焰传感器、STC89系列单片机、温度传感器和无线传输模块，火焰传感器、温度传感器分别通过STC89系列单片机与无线传输模块相连，无线传输模块与主控模块相连。火焰传感器和温度传感器分别实时监测灶台处的火焰和温度，并将数据发送至STC89系列单片机，STC89系列单片机通过分析判断并将数据通过无线传输模块发送至主控模块。

作为进一步地改进，本实用新型所述主控模块包括STM32F103系列单片机、无线传输模块、WIFI模块和录放模块，无线传输模块与STM32F103系列单片机相连、所述的STM32F103系列单片机分别与WIFI模块和录放模块相连。STM32F103系列单片机通过无线传输模块实时接收出行安全管理模块和用火安全管理模块发送的数据，经分析判断后控制录放模块进行相关的语音播报提醒，并通过WIFI模块将数据上传至腾讯云模块。

作为进一步地改进，本实用新型所述WIFI模块包括WIFI芯片、存储FLASH芯片、晶振和天线。

作为进一步地改进，本实用新型所述录放模块包括录放音芯片和喇叭。

作为进一步地改进，本实用新型所述人数监测模块包括NVIDIA JETSON TX2开发板和摄像头，摄像头与NVIDIA JETSON TX2开发板相连，NVIDIA JETSON TX2开发板与腾讯云模块相连，NVIDIA JETSON TX2开发板部署了OpenCV库，以及基于Darknet框架的YOLO V3目标检测网络，基于Darknet框架的YOLO V3目标检测网络调用OpenCV库；摄像头实时获取视频数据并传输到NVIDIA JETSON TX2开发板，NVIDIA JETSON TX2开发板调用OpenCV库进行图像处理，将视频流数据截取成一帧一帧的图片数据，在Darknet框架下用YOLO v3目标检测网络算法进行人像识别，之后在通过代码对区域内人数进行统计。

作为进一步地改进，本实用新型所述摄像头包括网络高清摄像头或USB摄像头。

作为进一步地改进，本实用新型所述移动端App模块采用Flutter混合开发框架。

作为进一步地改进，本实用新型所述Web网页模块采用VUE框架。

本实用新型的有益效果如下：

1、本系统针对空巢老人的安全需求而开发，将语音安全提醒和家人的远程监测相结合，为空巢老人的生活日常提供双重保障，实现空巢老人居家安全管理的智能化和物联网化。

2、本系统可实现当出现老人久出未归、久未出门、用火超时、家中人数异常等情况时通过移动端App及时通知预设联络人。

3、本系统的人数监测模块可24小时监测空巢老人家中的人数，并将家中实时人数和图片发送至联络人的移动端App，有效预防非法推销、入室盗窃等安全隐患。

4、本系统采用无线传输模块将各传感器所采集的数据传送至主控模块，因此系统可通过无线传输模块任意扩展传感器监测模块，构建更加多元化的安全管理系统。

5、人数监测模块的Nvidia Jetson tx2开发板和YOLO v3目标检测网络的相关参数经权衡性能和准确率后进行了合理的调整，帧率在高精度识别率下稳定在10帧左右，满足正常使用需求，摄像头实时获取视频数据并传输到NVIDIA JETSON TX2开发板，NVIDIAJETSON TX2开发板调用OpenCV库进行图像处理，将视频流数据截取成一帧一帧的图片数据，在Darknet框架下用YOLO v3目标检测网络算法进行人像识别，之后在通过代码对区域内人数进行统计。

6、本系统的光敏传感器实时监测门处的光强，并将数据发送至STC89系列单片机，STC89系列单片机通过分析判断并将数据通过无线传输模块发送至主控模块。

7、火焰传感器和温度传感器分别实时监测灶台处的火焰和温度，并将数据发送至STC89系列单片机，STC89系列单片机通过分析判断并将数据通过无线传输模块发送至主控模块。

8、STM32F103系列单片机通过无线传输模块实时接收出行安全管理模块和用火安全管理模块发送的数据，经分析判断后控制录放模块进行相关的语音播报提醒，并通过WIFI模块将数据上传至腾讯云模块。

附图说明

图1：基于物联网的空巢老人居家安全管理系统的总体结构框图；

图2：基于物联网的空巢老人居家安全管理系统的出行安全管理模块结构图；

图3：基于物联网的空巢老人居家安全管理系统的用火安全管理模块结构图；

图4：基于物联网的空巢老人居家安全管理系统的主控模块结构图；

图5：基于物联网的空巢老人居家安全管理系统的人数监测模块结构图；

图6：基于物联网的空巢老人居家安全管理系统的出行安全管理模块电路图；

图7：基于物联网的空巢老人居家安全管理系统的用火安全管理模块电路图；

图8：基于物联网的空巢老人居家安全管理系统的主控模块电路图。

具体实施方式

本实用新型公开了一种基于物联网的空巢老人居家安全管理系统，包括主控模块、出行安全管理模块、用火安全管理模块、人数监测模块、腾讯云模块、移动端App模块、Web网页模块。在出行安全管理模块和用火安全管理模块中，通过传感器监测老人出行和厨房用火情况并将数据无线传输至主控模块；主控模块经分析判断后，语音提醒老人出行和用火安全事项并采用UDP协议将数据发送至腾讯云模块；人数监测模块通过摄像头监测家中人数并将数据上传至腾讯云模块；腾讯云模块将数据发送至移动端App和Web网页供监护人查询。本实用新型通过模块间数据的无线传输，移动端App和Web网页的远程监控，为空巢老人提供便捷的居家安全看护，实现了对空巢老人居家安全管理的物联网化。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案作进一步地详细说明。

图1是基于物联网的空巢老人居家安全管理系统的总体结构框图；本实用新型系统包括出行安全管理模块、用火安全管理模块、主控模块、人数监测模块、腾讯云模块、移动端App模块和Web网页模块；出行安全管理模块和用火安全管理模块分别与主控模块相连，主控模块和人数监测模块分别与腾讯云模块相连，腾讯云模块分别与移动端App模块和Web网页模块相连。

图2是基于物联网的空巢老人居家安全管理系统的出行安全管理模块结构图；图6是基于物联网的空巢老人居家安全管理系统的出行安全管理模块电路图；出行安全管理模块包括光敏传感器、STC89C52单片机和NRF24L01无线传输模块，光敏传感器与STC89系列单片机相连，STC89C52单片机与NRF24L01无线传输模块相连，光敏传感器实时监测门处的光强，并将数据发送至STC89C52单片机，STC89C52单片机通过分析判断并将数据通过NRF24L01无线传输模块发送至主控模块。

光敏传感器通过检测开关门所产生的光强差来判断门的开关状态，NRF24L01无线传输模块实现单片机之间的无线通信，STC89C52单片机用来采集、分析、发送数据。采用三线制的光敏电阻传感器模块，它采用了灵敏型光敏电阻，测量灵敏，配备可调电位器可以调节预定光强的阈值，通过比较器输出，信号稳定驱动能力强。NRF24L01无线传输模块具有极好的适配能力，它几乎可以连接到各种单片机芯片，并完成无线数据传输工作。NRF24L01拥有6个不同的接收地址，利用NRF24L01的这一特点，我们能够实现单片机之间的多对一的通信。光敏传感器通过STC89C52单片机与NRF24L01无线传输模块相连，将相关数据传递给STC89C52单片机分析处理，单片机再将处理结果通过NRF24L01无线传输模块发送给主控模块。

图3是基于物联网的空巢老人居家安全管理系统的用火安全管理模块结构图；图7是基于物联网的空巢老人居家安全管理系统的用火安全管理模块电路图；用火安全管理模块包括火焰传感器、STC89C52单片机、温度传感器和nRF24L01无线传输模块，火焰传感器和温度传感器分别通过STC89C52单片机与NRF24L01无线传输模块相连，将相关数据传递给STC89C52单片机分析处理，单片机再将处理结果通过NRF24L01无线传输模块发送给主控模块，NRF24L01无线传输模块与主控模块相连。

火焰传感器和温度传感器分别实时监测灶台处的火焰和温度，并将数据发送至STC89C52单片机，STC89C52单片机通过分析判断并将数据通过无线传输模块发送至主控模块。火焰传感器探测角度60度左右，对火焰光谱特别灵敏，通过比较器输出，波形好，信号干净，电压稳定，驱动能力强。火焰为中火情况下最大距离可达80cm，火焰越大，效果越好，对红色火焰较为灵敏。

图4是基于物联网的空巢老人居家安全管理系统的主控模块结构图；图8是基于物联网的空巢老人居家安全管理系统的主控模块电路图；NRF24L01无线传输模块与STM32F103RCT6单片机相连、STM32F103RCT6单片机分别与WIFI模块和录放模块相，STM32F103RCT6单片机通过NRF24L01无线传输模块实时接收出行安全管理模块和用火安全管理模块发送的数据，经分析判断后控制录放模块进行相关的语音播报提醒，并通过WIFI模块将数据上传至腾讯云模块。WIFI模块包括ESP8266芯片、存储FLASH芯片、晶振和天线，通过UDP协议，实现单片机和腾讯云服务器的连接。录放模块包括ISD1820芯片和喇叭，能实时录制及播放语音。

图5是基于物联网的空巢老人居家安全管理系统的人数监测模块结构图，人数监测模块包括NVIDIA JETSON TX2开发板和摄像头，摄像头与NVIDIA JETSON TX2开发板相连，NVIDIA JETSON TX2开发板与腾讯云模块相连，NVIDIA JETSON TX2开发板部署了OpenCV库，以及基于Darknet框架的YOLO V3目标检测网络，基于Darknet框架的YOLO V3目标检测网络调用OpenCV库。使用YOLO v3目标检测网络搭建出可以实时监测人像并记录的人数的监测系统。相比于传统的算法，YOLO v3更加灵活、高效、智能；Darknet框架是用C语言编写的框架，这使得整个系统运行效率更高的同时，保证了其高度的可移植性。根据Nvidia Jetson tx2开发板的性能，权衡性能和准确率后合理调整了相应参数，在高精度识别率下稳定在10帧左右，满足正常使用需求。摄像头包括网络高清摄像头或USB摄像头。

移动端App模块包括装有本系统的移动端App——护巢的手机客户端和系统账号，系统账号作为中间桥梁，通过服务器地址接口并借助互联网与腾讯云模块通信；腾讯云模块通过通信网络与手机客户端联立，实现数据传输。移动端App用于实时查询老人出行、用火和家中人数等情况，手机客户端通过Http请求实现从腾讯云模块获取来自出行安全管理模块、用火安全管理模块和人数监测模块的数据。

Web网页模块包括访问该Web网页的设备和系统账号，系统账号作为中间桥梁，通过服务器地址接口并借助互联网与腾讯云模块通信；腾讯云模块通过通信网络与访问该Web网页的设备联立，实现数据传输。访问该Web网页的设备用于实时查询老人出行、用火和家中人数等情况，访问该Web网页的设备通过Http请求实现从腾讯云模块获取来自出行安全管理模块、用火安全管理模块和人数监测模块的数据。

工作原理：主控模块根据出行安全管理模块和用火安全管理模块发送的数据对WIFI模块和录放模块进行控制，录放模块通过语音播报对老人进行安全提醒，WIFI模块将数据上传至腾讯云模块，人数监测模块将家中实时人数数据和图片上传至腾讯云服务器，移动端App和Web网页模块通过Http请求从腾讯云模块获取数据，移动端App模块还会根据数据进行一定的提醒。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域中的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型核心技术特征的前提下，还可以做出若干改进的润饰，这些改进和润饰也应该视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种基于物联网的空巢老人居家安全管理系统，其特征在于，包括出行安全管理模块、用火安全管理模块、主控模块、人数监测模块、腾讯云模块、移动端App模块和Web网页模块；所述出行安全管理模块和用火安全管理模块分别与主控模块相连，所述主控模块和人数监测模块分别与腾讯云模块相连，所述腾讯云模块分别与移动端App模块和Web网页模块相连。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的空巢老人居家安全管理系统，其特征在于，所述出行安全管理模块包括光敏传感器、STC89系列单片机和无线传输模块，所述的光敏传感器与STC89系列单片机相连，所述的STC89系列单片机与无线传输模块相连。

3.根据权利要求1所述的基于物联网的空巢老人居家安全管理系统，其特征在于，所述用火安全管理模块包括火焰传感器、STC89系列单片机、温度传感器和无线传输模块，所述的火焰传感器、温度传感器分别通过STC89系列单片机与无线传输模块相连，所述的无线传输模块与主控模块相连。

4.根据权利要求1或2或3所述的基于物联网的空巢老人居家安全管理系统，其特征在于，所述主控模块包括STM32F103系列单片机、无线传输模块、WIFI模块和录放模块，所述的无线传输模块与STM32F103系列单片机相连、所述的STM32F103系列单片机分别与WIFI模块和录放模块相连。

5.根据权利要求4所述的基于物联网的空巢老人居家安全管理系统，其特征在于，所述WIFI模块包括WIFI芯片、存储FLASH芯片、晶振和天线。

6.根据权利要求4所述的基于物联网的空巢老人居家安全管理系统，其特征在于，所述录放模块包括录放音芯片和喇叭。

7.根据权利要求1所述的基于物联网的空巢老人居家安全管理系统，其特征在于，所述人数监测模块包括NVIDIA JETSON TX2开发板和摄像头，所述的摄像头与NVIDIA JETSONTX2开发板相连，所述的NVIDIA JETSON TX2开发板与腾讯云模块相连。

8.根据权利要求7所述的基于物联网的空巢老人居家安全管理系统，其特征在于，所述摄像头包括网络高清摄像头或USB摄像头。

9.根据权利要求1或2或3或5或6或7或8所述的基于物联网的空巢老人居家安全管理系统，其特征在于，所述移动端App模块采用Flutter混合开发框架。

10.根据权利要求1或2或3或5或6或7或8所述的基于物联网的空巢老人居家安全管理系统，其特征在于，所述Web网页模块采用VUE框架。