基于物联网的老人远程智能看护终端的研究

龙丹 刘欣 莫永华

摘 要

中国老龄化人口逐步增多，受限于养老机构的数量及当下中青年夫妻面临的巨大生活压力，与老年人的健康与看护相关的社会养老问题矛盾日益突出，本文对基于物联网的老人远程智能看护系统中的智能看护终端进行研究，并给出相应的模块化设计方案。

关键词

物联网技术;远程看护;智能看护设备

中图分类号： R197.1      文獻标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.055

Abstract

China's aging population is gradually increasing， limited by the number of pension institutions and the huge life pressure of young and middle-aged couples，the contradiction of social pension problems related to the health and care of the elderly is increasingly prominent.This paper studies the intelligent care terminal in the remote intelligent care system for the elderly based on the Internet of things， and gives the corresponding modular design scheme.

Key Words

Internet of things technology;Remote care;Intelligent care equipment

社会人口的老龄化是一个非常严峻的问题，目前，中国老龄化人口达到2亿人，中国老龄化时代已然到来。作为社会中流砥柱的“80后”，在面对“4+2+1”的大家庭模式时，生活压力之大可想而知。对于老人看护这样一个社会问题，利用物联网技术和网络资源实现远程看护是一个有效的解决办法。

1 远程智能看护系统解决方案

基于物联网技术的老人远程智能看护系统通过对采集的数据进行分析比对来判断老人身体状况有无异常，比对结果异常及时向家属、社区或相关机构发送报警信息，并提供老人的定位信息。系统从数据采集与传输、云平台和手机客户端三个方面进行设计与实现，其中的智能看护终端的研究，是系统解决方案的重要组成部分，以下给出该智能看护终端相应的设计方案。

2 智能看护终端的总体设计

该智能看护终端的系统电路采用模块化设计，包括生命体征检测模块、定位模块、姿态异常检测模块、紧急求助模块、报警模块、GPRS通信模块等，相应的智能终端硬件框图见图1。

3 主要模块设计

因系统主要是对生命体征信息、位置信息和姿态信息进行采集，故对该智能终端进行了以下几个主要模块的设计。

（1）生命体征检测模块

在不影响老人正常生活的前提下，通过传感器对老年人的体温、脉搏等生命体征信息进行采集，并定期传送到云平台。

（2）定位模块

考虑室外和室内的环境差异，定位模块又分为室外定位和室内定位两个子模块，结合GPS和RFID技术实现精准定位，为家属日常了解老人位置，或是遇突发情况进行紧急处理提供可靠数据。

（3）姿态异常检测模块

该模块利用加速度传感器，以检测老人的肢体动作为依据，可自动识别并及时发现老人晕倒、摔倒或发病等身体异常，并向家属、平台或社区发出异常报警，实现及时的救治。

（4）紧急求助模块

当老人出现身体不适时，可以通过SOS按键主动迅速地连通平台救助指挥中心，救助指挥系统在向老年人家属自动发送急救短信的同时定位老人所处位置，现场监听老年人发出的声音状况，并通过救助系统迅速连通老年人家属、社区和相关急救机构，实现多方通话，协调指挥救助。

（5）报警模块

该模块有效利用各类传感器，对老人的生命体征信号或身体姿态进行对比，如出现异常，立即自动向平台求助指挥中心或家属发出报警信息及定位信息，以便及时进行处理。

（6）通信模块

使用2G、3G或4G网络，将数据传送至云平台。

4 关键问题研究

在整个硬件系统中，有两个关键问题需要处理，一是老人当前位置的定位，二是老人姿态的异常检测。

（1）定位问题

室外利用GPS定位技术，实现精确的位置定位和定位信息的发送，GPS定位技术相对比较成熟。当老人迷路、走失或发生意外时，可以直接向家属、平台或社区等发送紧急求助信号和定位信息。

在室内，受限于遮挡物等原因，使得信号衰减大，GPS定位无法发挥有效定位的作用，系统在设计时，采用RFID技术实现室内定位。RFID基本系统包括电子标签和读写器，读写器和电子标签通过读写器天线和标签天线的耦合完成信号的传输。在具体位置数据采集过程中，需要利用蛛网定位算法，利用RFID标签及RFID 读写器进行整体数据收集处理。

（2）姿态异常检测问题

姿态异常检测主要是对老人跌到进行检测，首先定义人体的坐标系统，选择以胸腔部位作为特征部位建立笛卡尔坐标系Oxyz，坐标系随人体躯干运动而动，X轴指向躯干前方，Y轴指向左方，Z轴垂直于地面向上，三者成右手直角系。实际中，在抖动、坐下等非摔倒情况中，单个轴的加速度也会发生剧烈规律性变化，且与摔倒情况的变化类似，所以仅根据单轴加速度来判断摔倒会发生较多误判情况。但是，摔倒过程中，人体三轴合成加速度|a|变化明显区别于人体日常活动。

因此，可以选定日常活动和摔倒过程之间存在的合成加速度最佳临界点aT作为阈值点区分摔倒行为和日常动作。采用加速度阈值点算法来判断是否摔倒，提取最佳加速度阈值点aT是问题的关键所在。这里，可采用运动传感器MPU6050获取X，Y，Z轴上的包含加速度计的3个值和陀螺仪的3个值（加速度计可提供三个轴上的加速度信息;陀螺仪可提供三个轴上的角速度信息），通过分析，对老人是否跌到进行检测。

5 小结

本文的研究目标是设计研究一款能够在老人远程智能看护系统中对生命体征、定位信息、姿态信息等数据进行采集的智能终端，以便在一些紧急情况发生时进行快速分析和判断提供依据。

参考文献

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