物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與托老院安全管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鄭 鑫，王自力

（黃淮學(xué)院信息工程學(xué)院，463000，駐馬店職業(yè)技術(shù)學(xué)院，463000）

0 引言

時(shí)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷更新，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)融入到大家的生活當(dāng)中，現(xiàn)如今，一些托老院的基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)不單單日常起居的基本硬件，我們可以發(fā)現(xiàn)，托老院不斷的增加老人娛樂(lè)設(shè)施，如健身場(chǎng)所，運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地，老人舞蹈培訓(xùn)中心等。但是，隨著老年人娛樂(lè)活動(dòng)的增加，照顧老人安全問(wèn)題也逐漸引起重視，因?yàn)榛顒?dòng)的范圍一經(jīng)加大，檢測(cè)老人跌倒等安全問(wèn)題也隨之增加，對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，它是解決老齡化問(wèn)題的具體方案，通過(guò)傳感器、射頻識(shí)別來(lái)判斷具體情況，實(shí)時(shí)定位和檢測(cè)管理，比如整個(gè)系統(tǒng)中會(huì)體現(xiàn)一些非常實(shí)用化的功能，如地圖查詢、具體事件處理功能、定位功能、無(wú)線檢測(cè)傳輸，對(duì)于老人的實(shí)際身體狀況也會(huì)從數(shù)據(jù)庫(kù)或是定位中檢測(cè)出來(lái)，如跌倒、突發(fā)狀況、身體健康變化。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，在托老院管理系統(tǒng)中，巧妙的通入高新科技技術(shù)，用傳感器、RFID人員定位系統(tǒng)等傳感設(shè)備，時(shí)時(shí)刻刻的對(duì)老人日常起居進(jìn)行監(jiān)控定位管理，以免造成意外情況的產(chǎn)生，利用物聯(lián)網(wǎng)的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，實(shí)施網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)防護(hù)，這樣，對(duì)于托老院來(lái)說(shuō)，也是非常便捷的方法，利用定位系統(tǒng)、傳感器來(lái)監(jiān)控托老院整體情況，讓一切安全檢查工作有條不紊進(jìn)行，這也是解決當(dāng)今老齡化問(wèn)題的網(wǎng)絡(luò)安全管理政策。

1 托老院安全管理系統(tǒng)主要功能

對(duì)于托老院安全管理系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，主要分布為兩方面功能，監(jiān)控終端和移動(dòng)腕帶終端。采用成熟的RFID識(shí)別技術(shù)，利用無(wú)線傳輸功能，在體溫、脈搏跳動(dòng)等感應(yīng)設(shè)計(jì)安全管理系統(tǒng)。讓老人成為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)團(tuán)體，從而組成小型物聯(lián)網(wǎng)組織，從而實(shí)現(xiàn)任人物定位，通過(guò)體溫脈搏、重力感檢測(cè)，從而確定老人日常生活的安全狀態(tài)及所在定位，可以這樣說(shuō)托老院的安全管理系統(tǒng)是一個(gè)整體，而在設(shè)計(jì)上，也要時(shí)時(shí)刻刻的顧忌實(shí)際情況，如今托老院很多系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常的實(shí)體化，也很普遍，在此類服務(wù)系統(tǒng)或軟件中，人性化操作和信息化管理也較為明顯。

1.1 安全監(jiān)測(cè)終端服務(wù)

監(jiān)控終端是利用Linux操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理完成，Linux操作系統(tǒng)是根據(jù)在PXA270平臺(tái)來(lái)進(jìn)行。一般的檢測(cè)服務(wù)器短共分為人員管理、突發(fā)事件處理、語(yǔ)音呼叫項(xiàng)功能。對(duì)于托老院人員管理來(lái)說(shuō)，安全系統(tǒng)中的主要工作原理為，在電腦中利用監(jiān)控終端查到目前老人所定位的分布范圍，而此過(guò)程中，也要統(tǒng)計(jì)每位老人具體身體情況，其中包括體溫、脈搏、心率、血壓等。突發(fā)事件處理是針對(duì)于緊急情況的反應(yīng)與控制，當(dāng)老人腕帶發(fā)出警報(bào)時(shí)，移動(dòng)腕帶終端監(jiān)測(cè)會(huì)自動(dòng)顯示老人情況，以便快速處理問(wèn)題。語(yǔ)音呼叫方便與管理人員在活動(dòng)范圍之內(nèi)與老人溝通，可以這樣說(shuō)，安全監(jiān)測(cè)終端起到了一個(gè)整體控制的作用，這樣，就可以清晰的進(jìn)行分辨和檢測(cè)。

1.2 移動(dòng)腕帶終端

移動(dòng)腕帶終端是在手腕上為老人佩戴的攜帶式終端，在這個(gè)程序中，主要是在老人身上采集裝備各類傳感器信息，經(jīng)此之后由 ZigBee無(wú)線發(fā)送到安全監(jiān)測(cè)終端。本類程序是根據(jù)Linux在操作系統(tǒng)中的英語(yǔ)而成，在 API系統(tǒng)的調(diào)用之下，由采用多線程數(shù)據(jù)處理，從而形成移動(dòng)腕帶終端監(jiān)測(cè)功能。此類模塊處于移動(dòng)模塊，而主要功能也分布在以下幾個(gè)方面，首先，基于老人安全健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)，主要功能為利用腕帶上的傳感器，隨時(shí)監(jiān)測(cè)老人身體狀況，當(dāng)其血壓、脈搏、體溫發(fā)生與正常指數(shù)而背的變化時(shí)，系統(tǒng)將產(chǎn)生提示和警告。其次，發(fā)送警報(bào)功能，這類功能主要運(yùn)用于突發(fā)類情況，采用監(jiān)控終端通訊了解突發(fā)狀況，比如，當(dāng)老人發(fā)生摔倒健康信號(hào)異常時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)監(jiān)測(cè)到老人的具體位置和所處狀況。最后，采用RFID標(biāo)簽定位功能，此功能的主要原理為，在老人活動(dòng)范圍之內(nèi)，利用RFID射頻識(shí)別卡記錄所標(biāo)簽信息，找到老人定位。

2 老人管理系統(tǒng)設(shè)定

老人管理系統(tǒng)在安全防護(hù)中起到非常關(guān)鍵性的作用，其系統(tǒng)大概也分為個(gè)人資料、床位標(biāo)識(shí)、外出登記和換房記錄等等，是一個(gè)老人基本狀況的整理統(tǒng)計(jì)，可以根據(jù)老人系統(tǒng)了解到老人的具體情況和所處分區(qū)。

2.1 系統(tǒng)檔案

在系統(tǒng)檔案里，會(huì)清晰的標(biāo)注老人具體個(gè)人信息，其中包括姓名、性別、婚姻狀況、兒女聯(lián)系方式、出生日期、身份證號(hào)、工作單位、民族等等，一旦老人出現(xiàn)突發(fā)狀況之時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)調(diào)試到個(gè)人信息這一欄，工作人員也可以馬上查詢到老人及老人兒女的聯(lián)系方式，不單單如此，除了老人資料這部分，來(lái)增加了兒女資料、擔(dān)保人信息等等，這都是維護(hù)老人安全的基本措施。

2.2 入住、外出及轉(zhuǎn)房登記功能

在輸入系統(tǒng)檔案之后，老人管理系統(tǒng)會(huì)記錄老人的入住情況、外出登記和轉(zhuǎn)房登記記錄，這三方面主要檢測(cè)管理老人的居住情況，一旦發(fā)生變化之時(shí)，就會(huì)從系統(tǒng)中明確找到，而托老院的工作人員也會(huì)根據(jù)老人居住情況來(lái)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和看護(hù)。老人安全系統(tǒng)是一個(gè)整體的管理模塊，利用數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)將所有信息加以整合，已經(jīng)發(fā)生改變或其他狀況產(chǎn)生時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)也會(huì)發(fā)生信息變化。

3 關(guān)于RFID人員定位設(shè)計(jì)

3.1 RFID讀寫(xiě)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在整個(gè)RFID人員定位系統(tǒng)中，RFID讀寫(xiě)器絕對(duì)起到不可替代的作用，可以這樣說(shuō)，此類人員定位器能夠讓托老院的工作人員明確的知道老人所在位置，這對(duì)于托老院的工作人員來(lái)說(shuō)，無(wú)疑非常大的幫助。一般情況下來(lái)說(shuō)，即便是面對(duì)老人在較遠(yuǎn)位置之時(shí)，只要在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)中的幾個(gè)檢查點(diǎn)中安插RFID讀寫(xiě)器，讀寫(xiě)器通腕帶標(biāo)簽進(jìn)行定位，從而系統(tǒng)中顯示老人具體位置，不過(guò)要注意的是，在安裝RFID讀寫(xiě)器的時(shí)候，也要根據(jù)其托老院區(qū)域而設(shè)定。比如分為四區(qū)，那么每一區(qū)設(shè)定RFID讀寫(xiě)器，這樣系統(tǒng)工作人員就會(huì)根據(jù)信息的接收來(lái)判斷具體情況，一般情況下，RFID讀寫(xiě)器起到一定的感應(yīng)作用，也會(huì)明顯的顯示出當(dāng)前老人所面臨的情況，在托老院中，安全系統(tǒng)中會(huì)明確的檢測(cè)到老人所處位置，這樣，在短時(shí)間內(nèi)就可解決問(wèn)題，RFID讀寫(xiě)器的工作原理就是根據(jù)RFID卡的標(biāo)簽與其一體產(chǎn)生識(shí)別功能，當(dāng)其系統(tǒng)中可看到明顯變化之時(shí)，就會(huì)在定位系統(tǒng)中數(shù)據(jù)查到。

3.2 RFID讀寫(xiě)器工作原理

RFID讀寫(xiě)器的核心是有基站芯片和微處理器組成，它的主要作為連接用戶主系統(tǒng)的通信作用，可以利用系統(tǒng)命令完成讀寫(xiě)器操作，然后將數(shù)據(jù)返回到處理器系統(tǒng)。對(duì)于托老院系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，RFID卡在數(shù)據(jù)通信上有很強(qiáng)的功能，并且傳輸速率十分快，即便所讀寫(xiě)存在一定距離，也可以有效的防止沖突。而對(duì)于RFID讀寫(xiě)器的工作原理來(lái)說(shuō)，主要是將RFID讀寫(xiě)器放在需要監(jiān)測(cè)的位置，當(dāng)有老人經(jīng)過(guò)RFID卡之時(shí)，讀取RFID讀寫(xiě)器會(huì)知道老人位置及健康情況，對(duì)于RFID讀寫(xiě)器一般放在托老院老人的活動(dòng)場(chǎng)所，每個(gè)設(shè)置好的檢查點(diǎn)也代表著各個(gè)地理為信息，工作人員根據(jù)老人所在位置而接收信息。利用RFID標(biāo)簽配置與腕帶之中，當(dāng)老人佩戴此標(biāo)簽時(shí)，經(jīng)所檢測(cè)的地區(qū)，RFID卡會(huì)自動(dòng)讀取過(guò)路人信息，從而將此發(fā)到安全管理系統(tǒng)中斷，在此監(jiān)控領(lǐng)域中便會(huì)馬上接收信息，表示此區(qū)老人的身體狀況、是否面臨危險(xiǎn)等等，當(dāng)老人從一個(gè)活動(dòng)區(qū)域移動(dòng)另一個(gè)區(qū)域之時(shí)，RFID標(biāo)簽也會(huì)隨之移動(dòng)變化。

4 老人跌倒監(jiān)測(cè)功能設(shè)計(jì)

在很多情況下，托老院的老人在行動(dòng)和日常生活中，節(jié)奏會(huì)比較緩慢，所以在生活整個(gè)過(guò)程中，加速度的矢量相較于年輕人的變化要小很多，因?yàn)橐话愕娜思铀俣榷紩?huì)存在一個(gè)恒量值，一旦超出范圍之內(nèi)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)不同，所以根據(jù)加速度的矢量來(lái)確定老人的加速度是否超出范圍，從而行跌倒監(jiān)測(cè)，所以對(duì)于跌倒監(jiān)測(cè)功能來(lái)說(shuō)，一般情況下是判斷老人是否跌倒等情況，在跌倒監(jiān)測(cè)功能設(shè)計(jì)上，其基本原理和跌倒監(jiān)測(cè)判斷是我們所不能夠疏忽的重要點(diǎn)。

4.1 基本實(shí)現(xiàn)原理

對(duì)于跌倒監(jiān)測(cè)功能，加入的加速度傳感器，當(dāng)拉人身上放有加速度感染器時(shí)，我們以加速度的定義為Y軸，當(dāng)處于靜止?fàn)顟B(tài)的時(shí)候，設(shè)置為-1g，同理，設(shè)置X和Z軸為加速度曲線，那么正常的靜止?fàn)顟B(tài)下為零，將其曲線和三個(gè)軸加速度的矢量和，設(shè)置靜止?fàn)顟B(tài)+1g，這樣就可以正常的分析老人日常生活狀態(tài)，一旦發(fā)生變化，便可充分分析出來(lái)。所以，根據(jù)X軸、Y軸、Z軸以及曲線所發(fā)生的變化從而推斷老人具體情況，當(dāng)一個(gè)人處于正常狀態(tài)之時(shí)，那么，曲線狀況波動(dòng)不大，也不會(huì)發(fā)生太大的變化，一經(jīng)跌倒之后，曲線和波形相較于之前的正常狀態(tài)也發(fā)生不同，系統(tǒng)工作人員根據(jù)所發(fā)生變化而進(jìn)行檢測(cè)。

4.2 跌倒檢測(cè)判斷

這樣，根據(jù)跌倒監(jiān)測(cè)工作原理 ，我們也可以從XZY三軸和曲線中了解實(shí)際狀況，在正常狀態(tài)之下，老人的動(dòng)作幅度均屬正常，而加速度的變化值也在控制范圍之內(nèi)。不過(guò)如果面臨跌倒?fàn)顟B(tài)也出現(xiàn)幾個(gè)特征，第一，適中，如果發(fā)現(xiàn)失重現(xiàn)象，加速度＜1g,第二，撞擊，但身體發(fā)生撞擊之時(shí)，會(huì)與地面產(chǎn)生強(qiáng)烈的撞擊力，所以合加速的曲線一定會(huì)發(fā)生變化，也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)變化非常大的曲線波形。第三，老人處于靜止?fàn)顟B(tài)，對(duì)于年輕人來(lái)說(shuō)，跌倒之后會(huì)馬上站起來(lái)，但是其中也會(huì)存在一段靜止時(shí)間，而在曲線中會(huì)呈現(xiàn)過(guò)渡期，如果這段時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，就會(huì)從曲線中顯示出來(lái)。第四，關(guān)于矢量曲線，可以比較跌倒前后矢量曲線，這樣就會(huì)發(fā)現(xiàn)變化，因?yàn)楫?dāng)人體位置發(fā)生偏離，那么所處方向必然和靜止?fàn)顟B(tài)不同，與原靜止?fàn)顟B(tài)相比，就能查出老人是否跌倒。

[1］ 馬建.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論［M］，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011。

[2］ 鄭和喜.WSNRFID物聯(lián)網(wǎng)原理與應(yīng)用［M］，北京電子工業(yè)出版社，2010。

[3］ 鄭靈翔，北京：等.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用開(kāi)發(fā)［M］，北京航空航天大學(xué)出版社，2006。