“獨(dú)居老人”健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

蘇彩珍 陳偉利 程 鑫 王 紀(jì) 謝世杰

（吉林建筑大學(xué)，吉林 長(zhǎng)春130118）

據(jù)最新調(diào)查顯示，預(yù)計(jì)到2020 年，獨(dú)居老人和空巢老年人將增加到1.18 億人左右，獨(dú)居老人和空巢老人將成為老年人中的“主力軍”。伴隨著我國(guó)老年人口比例的快速增加,養(yǎng)老服務(wù)產(chǎn)業(yè)方興未艾?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”時(shí)代的來(lái)臨，更是為養(yǎng)老產(chǎn)業(yè)注入新的活力。2017 年2 月，工業(yè)和信息化部、民政部、國(guó)家衛(wèi)生計(jì)生委印發(fā)《智慧健康養(yǎng)老產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2017-2020 年）》，計(jì)劃在5 年內(nèi)建設(shè)500 個(gè)智慧健康養(yǎng)老示范社區(qū)。以此為切合點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)“老有所養(yǎng)，老有所依”的美好愿望，我們用實(shí)際行動(dòng)積極響應(yīng)國(guó)家號(hào)召-“獨(dú)居老人”健康檢測(cè)與救援系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其核心理念就是圍繞老年人需求，運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)把物聯(lián)網(wǎng)和傳統(tǒng)居家養(yǎng)老深度融合，在云平臺(tái)上為獨(dú)居老人提供快捷、靈活、全方位、低成本的養(yǎng)老服務(wù)，以更好地滿足老年人的各類養(yǎng)老需求。

1 系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的拓?fù)鋱D見圖1 所示，整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括Zigbee 定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)、智能手環(huán)設(shè)計(jì)、遠(yuǎn)程授權(quán)開鎖、手機(jī)APP設(shè)計(jì)、服務(wù)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)。

2 Zigbee 定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

Zigbee 定位系統(tǒng)是根RSSI 值，通過公式轉(zhuǎn)化為距離，從而獲得位置信息。在家里分布Zigbee 定位節(jié)點(diǎn)，通過佩戴在手上的手環(huán)（含Zigbee 模塊）能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)老人的定位；并能將定位信息在web 及手機(jī)app 上顯示，實(shí)現(xiàn)目前手機(jī)地圖無(wú)法實(shí)現(xiàn)的室內(nèi)定位，為救援時(shí)迅速找到老人，節(jié)約寶貴的救援時(shí)間。

如果將Zigbee 定位節(jié)點(diǎn)布置在樓內(nèi)或小區(qū)內(nèi)，即應(yīng)用于本系統(tǒng)的家庭較多時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)用戶的三維立體定位。在實(shí)施救援時(shí)，不僅迅速定位，還可以建立數(shù)學(xué)模型，構(gòu)建樓內(nèi)或小區(qū)內(nèi)的救援路徑算法，為救援節(jié)約寶貴的時(shí)間，進(jìn)一步提高救援的效率。

3 智能手環(huán)設(shè)計(jì)

我們選用STM32f103C8T6 作智能手環(huán)主控芯片，上邊搭載藍(lán)牙模塊負(fù)責(zé)和手機(jī)APP 通信。并在手環(huán)上集成有MAX30102傳感器，能實(shí)時(shí)采集老人的心率及血氧，對(duì)老人的生命體征進(jìn)行檢測(cè)，將數(shù)值上傳至Web，家人及親屬可通過手機(jī)APP 查看相應(yīng)老人的信息。以及陀螺儀模塊Mpu6050 可以迅速檢測(cè)出跌倒信號(hào)，產(chǎn)生救援信號(hào)，立刻發(fā)送至服務(wù)器，開始救援。我們還設(shè)計(jì)了小型Zigbee 讓它同時(shí)能夠和固定Zigbee 節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行通信，而且智能手環(huán)上我們還安裝了一塊0.96 寸的液晶屏，讓手環(huán)很有現(xiàn)代感，在屏上我們還能顯示逃生路徑、心率血氧等。電源設(shè)計(jì)我們選用兩節(jié)CR2032 紐扣電池來(lái)供電作為產(chǎn)品初期的能量來(lái)源。

圖1

手環(huán)上設(shè)有“一鍵呼救”，當(dāng)老人發(fā)生緊急意外或突然跌倒時(shí)：在有自主意識(shí)時(shí)，使用者可以通過手機(jī)App 或手環(huán)上的一鍵呼救，將呼救信號(hào)發(fā)送至服務(wù)器；在無(wú)自主意識(shí)時(shí)，手環(huán)可以檢測(cè)到生命體征迅速下降，產(chǎn)生救援信號(hào)，信號(hào)發(fā)送至服務(wù)器，收到信號(hào)后會(huì)立即開始救援。

4 授權(quán)與網(wǎng)絡(luò)開鎖設(shè)計(jì)

我們改裝了一款普通門鎖，在鎖原來(lái)的基礎(chǔ)上加上了Zigbee 節(jié)點(diǎn)及電磁機(jī)構(gòu)，使門鎖可以遠(yuǎn)程開啟，在老人突發(fā)意外時(shí)，救援人員在得到控制授權(quán)后，能有開鎖、關(guān)鎖的權(quán)限，節(jié)約救援時(shí)間。

5 手機(jī)APP 設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)手機(jī)APP 主要是實(shí)現(xiàn)手機(jī)和手環(huán)之間傳輸信息，以及手機(jī)和服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)共享。我們把手機(jī)APP 分為正常模式和緊急救援模式兩種。在正常模式下，負(fù)責(zé)進(jìn)行老人室內(nèi)外定位，實(shí)時(shí)監(jiān)控老人的位置和健康檢測(cè)，還可以設(shè)置語(yǔ)音定時(shí)提醒功能，定時(shí)提醒老人吃藥等。在緊急救援模式下，比如老人意外摔倒或者突發(fā)疾病，通過對(duì)老人心率血氧、摔倒姿態(tài)的判斷，手環(huán)發(fā)出警報(bào)，服務(wù)器接到警報(bào)后立即向子女APP 發(fā)送位置信息以及報(bào)警信號(hào)，子女接收到信號(hào)能及時(shí)定位老人的位置，方便急救人員救援。

6 服務(wù)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

我們使用的芯片的內(nèi)核是ARM Cortex A9，芯片型號(hào)為EXYNOS4412，是一款采用了三星的設(shè)計(jì)工藝，是三星的一款四核處理器，有304 個(gè)多功能I/O 端口，164 個(gè)存儲(chǔ)引腳，37 組通用口，2 組存儲(chǔ)口。多引腳做裸機(jī)開發(fā)很難實(shí)現(xiàn)對(duì)引腳的管理和分配，因此我們引入一個(gè)操作系統(tǒng)作輔助-Linux 操作系統(tǒng)。服務(wù)器ARM Cortex A9 板載Linux 操作系統(tǒng)，服務(wù)器把收到的信息進(jìn)行處理并存入數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)把信息上傳至云服務(wù)器，云服務(wù)器對(duì)多戶老人進(jìn)行監(jiān)控，并把所有信息進(jìn)行云計(jì)算，作為參考信息發(fā)送給子女，以便子女可以隨時(shí)知道老人的身體健康，子女還可以對(duì)信息進(jìn)行權(quán)限設(shè)置，開放一部分信息或者所有信息給醫(yī)療機(jī)構(gòu)以便對(duì)老人身體健康進(jìn)行管理，也可以讓老人知道自己的身體健康信息。

7 數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)我們采用SQLite3，SQLite3 是一款輕型的數(shù)據(jù)庫(kù)，是遵守ACID 的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，它包含在一個(gè)相對(duì)小的C 庫(kù)中。它的設(shè)計(jì)目標(biāo)是嵌入式的，而且目前已經(jīng)在很多嵌入式產(chǎn)品中使用了它，它占用資源非常的低，在嵌入式設(shè)備中，可能只需要幾百K 的內(nèi)存就夠了。網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器我們選擇Boa 服務(wù)器，Boa 是一種非常小巧的Web 服務(wù)器，其可執(zhí)行代碼只有大約60KB 左右。作為一種單任務(wù)Web 服務(wù)器，Boa 支持CGI，能夠?yàn)镃GI 程序fork 出一個(gè)進(jìn)程來(lái)執(zhí)行。Boa 的設(shè)計(jì)目標(biāo)是速度和安全。同時(shí)我們?cè)赪eb 瀏覽器上開發(fā)了一套簡(jiǎn)單明了，方便管理和控制的前端用戶平臺(tái)，讓使用人員能夠快速掌握我們整個(gè)系統(tǒng)，讓所有復(fù)雜的算法,操作系統(tǒng)簡(jiǎn)單化，適合廣大用戶的使用，這就是我們?cè)O(shè)計(jì)Web 前端的終極目的。這個(gè)Web 前端就相當(dāng)于一個(gè)總司令一樣控制這整個(gè)系統(tǒng)，系統(tǒng)每個(gè)部分的數(shù)據(jù)都能夠在Web 瀏覽器上顯示、調(diào)用和修改。網(wǎng)頁(yè)上包括定位顯示、健康情況、救援路線預(yù)覽等等。

8 結(jié)論

“獨(dú)居老人”健康檢測(cè)與救援系統(tǒng)，在技術(shù)上，確保老年人各種需求得到基本滿足, 如基本生活需求、心理需求、健康護(hù)理需求等, 又能保障老年人得到高質(zhì)量和高效率的養(yǎng)老服務(wù), 比如對(duì)各類養(yǎng)老需求的響應(yīng)快捷、養(yǎng)老服務(wù)質(zhì)量較高,能夠讓老年人感到滿意等。在情感上，兒女能通過手機(jī)APP 時(shí)刻了解老人的身體狀態(tài)，及時(shí)問候及保持和老人聯(lián)系，讓老人體會(huì)到兒女的關(guān)愛。我們希望我們的設(shè)計(jì)能幫助到更多的人，給更多的家庭帶來(lái)幸福感。