基于5G 通信技术的居家养老监控系统的研究设计

陈洁萍，王显轩，陆世鹏，仝瑞普

（广西职业技术学院 大数据学院，广西 南宁）

前言

国家统计局发布的第七次全国人口普查数据显示[1]，全国人口共14.1 亿人，其中65 岁及以上人口有1.9 亿人，占总人口比重达13.5%。根据预测，我国将在2025 年左右，由老龄化社会进入老龄社会，届时65 周岁以及以上人口将达到14%；到2050 年的时候，老年人将接近3.8 亿，占比27.9%。如何应对老年人的养老问题，成为我国社会生活中需要极度关注的问题。经调查，我国的养老模式主要有居家养老、社区居家养老和机构养老三种方式[2]，其中居家养老占96%，社区养老占1%，机构养老占3%，居家养老成为了主要的养老方式[3]。但传统的居家养老，由于子女不在身边，居家老人生病或者发生意外往往不能被及时发现。目前，对老年人居家远程监测陪护以及远程健康监测系统的研究，让子女、社区人员可以通过远程对老人的居家养老情况进行查看和了解，完善老人的居家养老质量，提升老年人的幸福指数，促进家庭和谐，从而为推动整个和谐社会的建设发挥积极作用。

1 基于5G 通信技术的老年人居家监控系统

众所周知，5G 的三种应用场景有eMBB，mMTC，uRLLC。eMBB 就是增强大宽带移动通信，这部分常见的应用就是我们生活中的手机对基站的通信；uRLLC是高可靠低时延连接，这部分常见的应用是无人驾驶，港口货运调度，无人采矿等；mMTC 就是海量物联，这部分常见的应用是智能家居。5G 包括三类标准分别是LTE（授权频道）、LTE-U（非授权频道）和NBIoT（授权频道）。NB-IoT（窄带物联网）是5G 的一部分，也是5G 商用的前奏和基础，5G 的实现需要建立在NB-IOT 的基础上。本系统就是设计一个基于NBIOT 技术的的老年人居家监控系统。

1.1 系统总体框架

本文基于5G 通信技术的老年人居家监控系统的方案设计包括硬件设计和软件设计[4-5]。硬件设计主要包括老年人身体信息（位置信息、运动轨迹、血压、血氧、心率等信息）采集电路模块和网络传输电路模块。通过对信息采集电路的工作原理及元器件工作机理的分析并完成其硬件电路设计；软件设计包括研究通过相应的算法把采集到的信息通过5G 网络传输到云服务平台，同时设计基于Android 手机的APP 和Web 应用程序，即设计一个基于5G 通信技术的老年人居家监控系统，能实现利用5G 网络传输的实时性和很好的特性实时传输采集电路采集到的居家老人的定位、活动轨迹以及基本的身体生理参数，并通过5G 无线传输模块传输到云平台上，提供给远端的家属通过手机APP 查看居家老人的状态信息的功能。

本文基于5G 通信技术的老年人居家监控系统的系统架构如图1 所示。

图1 总体系统架构

1.2 硬件电路模块

5G 通信技术的老年人居家监控系统的硬件电路模块主要包括老人信息采集处理模块以及5G 无线传输模块，两模块之间通过串口来完成连接，如图2 所示。图2 中，老人信息采集处理模块电路由主控芯片STM32L476 和GPS 北斗定位电路、血氧信息采集电路、心率血压采集电路以及运动轨迹电路等老人生理参数以及定位信息的采集电路构成[6]。心率血压采集电路采用MKB0805 动态心率血压压力传感器模块，心率血氧信息采集电路采用MAX30100 传感器模块，运动轨迹及定位信息采用GPS 北斗定位处理模块。

图2 老人信息采集处理模块电路

5G 无线传输模块是基于NB-LOT 技术的网络传输模块，该模块用于实现老人信息采集处理模块与云服务平台之间的数据交换。该部分电路采用BC20 开发电路来完成，该开发平台支持NB-LOT 技术的传输电路，支持使用者做二次开发使用。

1.3 软件模块

5G 通信技术的老年人居家监控系统的软件模块的作用是整体规划整个居家养老监控系统的软件系统，整体分析总体程序控制进程。本系统的软件设计部分主要包括：老人信息采集处理模块软件、5G 传输模块软件、手机应用APP 以及Web 应用软件。老人信息采集处理模块和5G 传输模块软件的作用主要完成老年人的身体生理数据（如心率、血氧、血压）、定位、活动轨迹等信息的采集，再把数据通过5G 传输模块向云平台传输；开发的手机应用APP 软件提供用户通过Android 手机远程查看居家老人的实时情况；Web应用软件提供用户通过Android 手机远程查看居家老人的实时情况。其中老人信息采集处理模块的软件主要由主控芯片STM32L476 完成底层控制；5G 传输模块通过BC20 开发电路软件和NB 卡，依赖目前5G 的三个标准之一的NB－Iot 网络，使用MQTT 协议，实现老人信息采集模块的数据向中国移动公司开发的oneNET 云平台传输；Android 手机APP 与Web 应用软件通过HTTP 协议从oneNET 云平台获得数据，随时提供给用户远程查看数据，其中Android 手机APP为基于oneNET 云平台自行开发的APP。图3 所示是系统的软件模块组成框图。

图3 系统软件模块框图

2 结论

基于5G 通信技术的老年人居家监控系统研究和设计，将现代通信技术应用到社会养老领域，为更多的老年人、家庭以及社区老年人管理工作提供便利，能大大减少政府和社会的养老工作的负担，也为提升老年人居家养老服务质量、建立和谐家庭、和谐社区以及和谐社会发挥了积极的作用。