“獨居老人”健康監測系統設計

蘇彩珍 陳偉利 程 鑫 王 紀 謝世杰

（吉林建筑大學，吉林 長春130118）

據最新調查顯示，預計到2020 年，獨居老人和空巢老年人將增加到1.18 億人左右，獨居老人和空巢老人將成為老年人中的“主力軍”。伴隨著我國老年人口比例的快速增加,養老服務產業方興未艾。“互聯網+”時代的來臨，更是為養老產業注入新的活力。2017 年2 月，工業和信息化部、民政部、國家衛生計生委印發《智慧健康養老產業發展行動計劃（2017-2020 年）》，計劃在5 年內建設500 個智慧健康養老示范社區。以此為切合點，為實現“老有所養，老有所依”的美好愿望，我們用實際行動積極響應國家號召-“獨居老人”健康檢測與救援系統的設計，其核心理念就是圍繞老年人需求，運用現代信息技術把物聯網和傳統居家養老深度融合，在云平臺上為獨居老人提供快捷、靈活、全方位、低成本的養老服務，以更好地滿足老年人的各類養老需求。

1 系統整體架構設計

系統設計方案的拓撲圖見圖1 所示，整個設計系統包括Zigbee 定位系統設計、智能手環設計、遠程授權開鎖、手機APP設計、服務器系統設計、數據庫、網頁設計。

2 Zigbee 定位系統設計

Zigbee 定位系統是根RSSI 值，通過公式轉化為距離，從而獲得位置信息。在家里分布Zigbee 定位節點，通過佩戴在手上的手環（含Zigbee 模塊）能夠實現對老人的定位；并能將定位信息在web 及手機app 上顯示，實現目前手機地圖無法實現的室內定位，為救援時迅速找到老人，節約寶貴的救援時間。

如果將Zigbee 定位節點布置在樓內或小區內，即應用于本系統的家庭較多時，就可以實現用戶的三維立體定位。在實施救援時，不僅迅速定位，還可以建立數學模型，構建樓內或小區內的救援路徑算法，為救援節約寶貴的時間，進一步提高救援的效率。

3 智能手環設計

我們選用STM32f103C8T6 作智能手環主控芯片，上邊搭載藍牙模塊負責和手機APP 通信。并在手環上集成有MAX30102傳感器，能實時采集老人的心率及血氧，對老人的生命體征進行檢測，將數值上傳至Web，家人及親屬可通過手機APP 查看相應老人的信息。以及陀螺儀模塊Mpu6050 可以迅速檢測出跌倒信號，產生救援信號，立刻發送至服務器，開始救援。我們還設計了小型Zigbee 讓它同時能夠和固定Zigbee 節點之間進行通信，而且智能手環上我們還安裝了一塊0.96 寸的液晶屏，讓手環很有現代感，在屏上我們還能顯示逃生路徑、心率血氧等。電源設計我們選用兩節CR2032 紐扣電池來供電作為產品初期的能量來源。

圖1

手環上設有“一鍵呼救”，當老人發生緊急意外或突然跌倒時：在有自主意識時，使用者可以通過手機App 或手環上的一鍵呼救，將呼救信號發送至服務器；在無自主意識時，手環可以檢測到生命體征迅速下降，產生救援信號，信號發送至服務器，收到信號后會立即開始救援。

4 授權與網絡開鎖設計

我們改裝了一款普通門鎖，在鎖原來的基礎上加上了Zigbee 節點及電磁機構，使門鎖可以遠程開啟，在老人突發意外時，救援人員在得到控制授權后，能有開鎖、關鎖的權限，節約救援時間。

5 手機APP 設計

設計手機APP 主要是實現手機和手環之間傳輸信息，以及手機和服務器之間的數據共享。我們把手機APP 分為正常模式和緊急救援模式兩種。在正常模式下，負責進行老人室內外定位，實時監控老人的位置和健康檢測，還可以設置語音定時提醒功能，定時提醒老人吃藥等。在緊急救援模式下，比如老人意外摔倒或者突發疾病，通過對老人心率血氧、摔倒姿態的判斷，手環發出警報，服務器接到警報后立即向子女APP 發送位置信息以及報警信號，子女接收到信號能及時定位老人的位置，方便急救人員救援。

6 服務器系統設計

我們使用的芯片的內核是ARM Cortex A9，芯片型號為EXYNOS4412，是一款采用了三星的設計工藝，是三星的一款四核處理器，有304 個多功能I/O 端口，164 個存儲引腳，37 組通用口，2 組存儲口。多引腳做裸機開發很難實現對引腳的管理和分配，因此我們引入一個操作系統作輔助-Linux 操作系統。服務器ARM Cortex A9 板載Linux 操作系統，服務器把收到的信息進行處理并存入數據庫，同時把信息上傳至云服務器，云服務器對多戶老人進行監控，并把所有信息進行云計算，作為參考信息發送給子女，以便子女可以隨時知道老人的身體健康，子女還可以對信息進行權限設置，開放一部分信息或者所有信息給醫療機構以便對老人身體健康進行管理，也可以讓老人知道自己的身體健康信息。

7 數據庫、網頁設計

數據庫我們采用SQLite3，SQLite3 是一款輕型的數據庫，是遵守ACID 的關系型數據庫管理系統，它包含在一個相對小的C 庫中。它的設計目標是嵌入式的，而且目前已經在很多嵌入式產品中使用了它，它占用資源非常的低，在嵌入式設備中，可能只需要幾百K 的內存就夠了。網頁服務器我們選擇Boa 服務器，Boa 是一種非常小巧的Web 服務器，其可執行代碼只有大約60KB 左右。作為一種單任務Web 服務器，Boa 支持CGI，能夠為CGI 程序fork 出一個進程來執行。Boa 的設計目標是速度和安全。同時我們在Web 瀏覽器上開發了一套簡單明了，方便管理和控制的前端用戶平臺，讓使用人員能夠快速掌握我們整個系統，讓所有復雜的算法,操作系統簡單化，適合廣大用戶的使用，這就是我們設計Web 前端的終極目的。這個Web 前端就相當于一個總司令一樣控制這整個系統，系統每個部分的數據都能夠在Web 瀏覽器上顯示、調用和修改。網頁上包括定位顯示、健康情況、救援路線預覽等等。

8 結論

“獨居老人”健康檢測與救援系統，在技術上，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、健康護理需求等, 又能保障老年人得到高質量和高效率的養老服務, 比如對各類養老需求的響應快捷、養老服務質量較高,能夠讓老年人感到滿意等。在情感上，兒女能通過手機APP 時刻了解老人的身體狀態，及時問候及保持和老人聯系，讓老人體會到兒女的關愛。我們希望我們的設計能幫助到更多的人，給更多的家庭帶來幸福感。