基于物聯(lián)網(wǎng)技術的老人遠程智能監(jiān)護系統(tǒng)研究

齊熠　羅雙玉

一、引言

我國人口老齡化問題日益嚴重，目前我國老齡人口已近兩億六千萬，65歲以上老年人口占全國總?cè)丝?7.8%，其中獨居和空巢老人將增至近1.18億人。社會迅速發(fā)展，老年人口激增，國家高度重視養(yǎng)老服務和智能設備老人單獨適配的問題。

2019年3月29日，國務院辦公廳下發(fā)的《關于推進養(yǎng)老服務發(fā)展的意見》指出，黨中央、國務院高度重視養(yǎng)老服務，并促進物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等新一代信息技術和智能硬件等產(chǎn)品在養(yǎng)老服務領域深度應用。2020年11月24日，國務院辦公廳發(fā)布《關于切實解決老年人運用智能技術困難實施方案的通知》，工信部表示要鼓勵智能設備提供“長輩模式”、“老人模式”。隨著各項政策的逐步推進、落實，可以預見的是，未來不僅僅會創(chuàng)造出更多養(yǎng)老服務智能產(chǎn)品，而且還會迎來老年智能單獨適配的新高潮。

二、當前老年智能系統(tǒng)存在的問題

（一）使用成本高

目前智慧養(yǎng)老服務還停留在試點階段，全國試點地區(qū)的智慧養(yǎng)老服務以信息平臺和圖景建構為主，已有研究發(fā)現(xiàn)老年用戶對于新技術的接受程度低且參與意愿差。智能產(chǎn)品的閑置率較高，其中阻礙老年人使用智慧服務的主要原因之一是其使用成本過高，難以支付技術安裝或維護費用是多數(shù)老人擔心的問題。

（二）操作難度大

養(yǎng)老智能產(chǎn)品缺乏黏性且適老性較差，老年人普遍難以順利使用。在心理層面，由于信息知識和技能缺乏，并面對種類繁多的智能產(chǎn)品和鋪天蓋地的網(wǎng)絡信息，老年人的自我效能感反而下降，甚至出現(xiàn)茫然感、無助感、恐懼心理。

（三）忽視精神需求

在國內(nèi)，由于智慧養(yǎng)老仍處在從理論到實踐發(fā)展過程的探索之中。集中于對智慧養(yǎng)老的可行性體系搭建的研究，關于智慧養(yǎng)老服務的工具和產(chǎn)品的效用、老年群體的需求與感受的實證研究較為缺乏，單一且不夠人性化的智慧養(yǎng)老產(chǎn)品及過于重視日常照料忽視精神需求，亟須在智慧養(yǎng)老實踐的基礎上不斷跟進與深入。

三、基于物聯(lián)網(wǎng)技術的老人遠程智能監(jiān)護系統(tǒng)介紹

（一）系統(tǒng)組成

基于物聯(lián)網(wǎng)技術的老人遠程智能監(jiān)護系統(tǒng)由主控裝置、老人手環(huán)、手機APP組成。主控裝置放在家中，可以解析空氣質(zhì)量、溫濕度等居住環(huán)境數(shù)據(jù)，并出現(xiàn)在主控顯示界面。老人佩戴手環(huán)，可以實時監(jiān)測老人的生命體征數(shù)據(jù)并在手環(huán)上顯示出來。主控和手環(huán)采集的數(shù)據(jù)實時刷新，通過物聯(lián)網(wǎng)技術，發(fā)送給Blynk平臺的手機客戶端，供佩戴者及其家人隨時查看;另外當主控或者手環(huán)采集到的數(shù)據(jù)（居住環(huán)境、生命體征、人體姿態(tài)等數(shù)據(jù)）出現(xiàn)異常時，手環(huán)通過藍牙向主控發(fā)送指令，主控通過物聯(lián)網(wǎng)向手機客戶端APP發(fā)出指令，在接收到指令后，手環(huán)、主控、手機APP會迅速展開語音呼救、緊急報警等一系列的智能救援功能。

（二）系統(tǒng)硬件設計

1、主控端。采用Esp8266Nodmcu為主控的下位機和以Blynk為核心的上位機。通過與Android端的App實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，可以實時查看老人的健康狀態(tài);主控大腦分析手環(huán)的藍牙協(xié)議進行數(shù)據(jù)解析，解析后上傳到Blynk平臺，并且通過心知天氣的API接口獲取天氣數(shù)據(jù)并解析。

2、移動端。采用SpeedXiao主控芯片控制外圍HLK-B20與MPU6050以及OLED顯示模塊，分時讀取各傳感器的數(shù)據(jù)，上傳主控，且可以實時在OLED屏幕顯示。

JY60六軸傳感器，根據(jù)重復實驗確定的加速度閾值和時間閾值，來檢測靜止、失重、碰撞三個過程，根據(jù)設定的體征閾值，判斷是否超過正常范圍，從而推測跌倒情況。摔倒后發(fā)出警報，在手環(huán)界面顯示報警并語音呼救。MAX30102采集老人的血氧、體溫、心率等信息，通過發(fā)包的方式實時發(fā)送給主控端。通過藍牙模塊HLK-B40上傳主控，并在主控界面上顯示警報提示，解析信號上傳Blynk平臺。

3、硬件選用

主控端，以ESP8266 NODMCU為主控，實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能。空氣質(zhì)量傳感器提供空氣質(zhì)量信息，DFPLAYERMP3模塊實現(xiàn)語音播報功能，HLK-B40提供藍牙發(fā)送與接收，OLED模塊提供天氣信息的顯示功能。

移動端，以SPEEDXIAO為主控，MAX30102提供心率監(jiān)測，HLK-B40提供藍牙發(fā)送接收，JY60六軸判斷運動狀態(tài)，HLK-V20進行語音控制，OLED屏幕進行下位機數(shù)據(jù)顯示。

（三）系統(tǒng)軟件設計

1、總體框架

本系統(tǒng)分為主控端和移動端兩部分。主控端分為配網(wǎng)、發(fā)送信息、接收信息、天氣、環(huán)境監(jiān)測、語音播報、OLED刷新等模塊;移動端分為發(fā)送信息、接收信息、跌倒檢測、生命體征檢測、語音識別、OLED刷新等模塊。

2、主控端

以Esp8266為主控，采用目前主流的Arduino框架來進行軟件開發(fā)，采用SmartConfig技術實現(xiàn)一鍵配網(wǎng)。啟動3個定時器，定時器1每隔10s進入一次，用于獲取天氣信息;定時器2每隔1s進入一次，用于獲取空氣質(zhì)量信息和刷新屏幕;定時器3每隔2s進入一次，用于接收移動端發(fā)送的消息并解析，最后將所獲取到的數(shù)據(jù)上報給Blynk平臺。

3、移動端

上位機與下位機聯(lián)動，與主控端連接成功后，采用分時系統(tǒng)，多線程并發(fā)，共有檢測、報警、顯示、通訊等任務。主界面按鍵檢測能夠進入天氣顯示、語音命令等模式。

（四）系統(tǒng)優(yōu)勢

其一，聯(lián)網(wǎng)成功后，能夠?qū)崟r查看老人健康安全信息，系統(tǒng)每3秒上報一次老人健康狀況，家中溫濕度、煤氣含量、是否意外跌倒等一系列信息。當發(fā)生意外事故，醫(yī)療救護電話、公安報警電話會在5s內(nèi)播出，下機位與上機位信號傳輸時間在5s以內(nèi)。

其二，針對老人定制語音控制功能。由于老人這一群體的特殊性，針對性地添加了語音控制功能，具備高識別度，學習門檻低的特點。語音喚醒模塊，進行了拾音優(yōu)化，對發(fā)音不標準、方言識別進行了改善：當詢問天氣，老人模式下不僅能告訴天氣情況，還會告知當季哪種疾病發(fā)病率比較高，需要注意哪些事項。

其三，具有高集成度、多通道的設計架構。系統(tǒng)專為主控端設計了上報包體結構，同時上報的方式是BLE通訊，采用的HLK_B40模塊具備了可同時連接20個主機的特性，故后續(xù)想要添加更多的檢測模塊，如門禁模塊、客服專線模塊、線上問診模塊等只需按照包體結構發(fā)送給主控即可。

四、結語

以健康數(shù)據(jù)實時監(jiān)測、意外事故（煤氣泄漏、老人跌倒等）報警、多通道人機交互技術為研究重點，為有效保障老人安全、實時監(jiān)護老人狀況，設計出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術的老人遠程智能監(jiān)護系統(tǒng)，并提出高集成、多通道的智能養(yǎng)老設備架構思路，以及科技“以人為本，智能設備老年人單獨適配”的理念。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術的老人遠程智能監(jiān)護系統(tǒng)方案，能夠有效地保障老人的安全，當然要提高各功能檢測準確度，還需要更加復雜的算法。研究團隊下一步的工作重點是利用數(shù)據(jù)融合算法，結合現(xiàn)階段研究基礎，進行數(shù)據(jù)融合，進一步提高本套系統(tǒng)檢測的準確度。基于物聯(lián)網(wǎng)技術的老人遠程智能監(jiān)護系統(tǒng)研究希望能夠通過技術進步減輕科技時代老年人社會心理壓力，推動智能設備老年人單獨適配的新高潮，同時本系統(tǒng)的設計也希望能夠?qū)χ悄莛B(yǎng)老設備的應用及推廣起到一定的促進作用。