智慧養(yǎng)老在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張金堯，張金潤

（安徽理工大學(xué)，安徽 淮南 232001）

0 引 言

隨著我國人口老齡化愈加嚴(yán)重，我國養(yǎng)老保障體系的建立和完善也出現(xiàn)了新的問題。目前，主要面臨以下兩大現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)：一是中國人口老齡化達(dá)到前所未有的水平，雖然養(yǎng)老服務(wù)體系建設(shè)已取得初步成效，但養(yǎng)老服務(wù)供給的數(shù)量和質(zhì)量仍難以滿足實(shí)際需求；二是人口結(jié)構(gòu)正在老齡化，出生人數(shù)逐漸減少的總趨勢(shì)以及總?cè)丝诹阍鲩L甚至負(fù)增長的基本面不會(huì)從根本上改變。中國將很有可能進(jìn)入一個(gè)人口負(fù)增長階段。因此，目前最需考慮的問題是如何使中國人口數(shù)量保持長期平衡發(fā)展，這對(duì)勞動(dòng)力供給和消費(fèi)水平的高質(zhì)量發(fā)展具有深遠(yuǎn)影響。

進(jìn)入21世紀(jì)以來，互聯(lián)網(wǎng)革命堪稱人類社會(huì)最偉大的技術(shù)革命，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展使工業(yè)和服務(wù)行業(yè)能夠相互滲透、融合。高速發(fā)展的電子技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)共同促進(jìn)了包括養(yǎng)老服務(wù)在內(nèi)的新服務(wù)行業(yè)的發(fā)展和服務(wù)模式的創(chuàng)新。智能技術(shù)被廣泛應(yīng)用于居家、社區(qū)以及機(jī)構(gòu)養(yǎng)老，并實(shí)現(xiàn)了深度融合，逐步形成了智慧養(yǎng)老模式下的新型養(yǎng)老服務(wù)體系，實(shí)現(xiàn)了養(yǎng)老服務(wù)體系的數(shù)字化、電子化和信息化建設(shè)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的智慧養(yǎng)老在線監(jiān)測系統(tǒng)是性價(jià)比較高的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測平臺(tái)，具備可靠性和穩(wěn)定性。該系統(tǒng)能夠第一時(shí)間獲取被檢測者的當(dāng)前健康狀態(tài)，同時(shí)通過遠(yuǎn)程協(xié)作及時(shí)啟動(dòng)相應(yīng)的在線健康服務(wù)，將系統(tǒng)報(bào)警信息發(fā)送給監(jiān)護(hù)人，最大限度地保障老人的健康和安全。

本文設(shè)計(jì)的智慧養(yǎng)老在線監(jiān)測系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）實(shí)現(xiàn)對(duì)老年人心率血氧數(shù)據(jù)的采集；

（2）實(shí)現(xiàn)待測對(duì)象空間位移變化情況的監(jiān)測；

（3）實(shí)現(xiàn)待測對(duì)象發(fā)生異常時(shí)地理位置信息的實(shí)時(shí)記錄；

（4）實(shí)現(xiàn)生理數(shù)據(jù)異常報(bào)警，即當(dāng)被監(jiān)測人健康異常時(shí)，及時(shí)向監(jiān)測平臺(tái)發(fā)送身體狀況異常信息，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與管理，并由管理人員在監(jiān)控平臺(tái)上下達(dá)指令；

（5）實(shí)現(xiàn)在監(jiān)測平臺(tái)上遠(yuǎn)程控制終端設(shè)備，包括環(huán)境安全閾值設(shè)置、設(shè)備開啟等，保障系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境更加穩(wěn)定安全。

本文所設(shè)計(jì)的智慧養(yǎng)老在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由終端監(jiān)測設(shè)備、NB-IoT通信模塊、上位機(jī)以及物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺(tái)四部分組成，系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。由于需要監(jiān)測和獲取多樣環(huán)境下的數(shù)據(jù)，故在終端感知節(jié)點(diǎn)使用不同的傳感器，通過NB-IoT通信技術(shù)在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

智慧養(yǎng)老在線監(jiān)測系統(tǒng)終端監(jiān)控設(shè)備不僅需要監(jiān)測老人的體征健康參數(shù)，還需要監(jiān)測老人是否發(fā)生摔倒即空間位移的變化以及發(fā)生異常時(shí)老人的位置信息，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和處理。系統(tǒng)硬件終端總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分由MCU主控模塊、電源電路、NB-IoT模塊和傳感器數(shù)據(jù)采集模塊組成，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)硬件架構(gòu)

2.1 MCU主控模塊

本設(shè)計(jì)核心控制單元需要實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的加工處理、采集、控制以及通信模塊之間的邏輯控制等功能，綜合考慮后選擇性價(jià)比較高的STM32F103C8T6單片機(jī)。

2.2 串口通信電路

串口通信選擇ComMax v2.3模塊與STM32連接，該串口模塊用以實(shí)現(xiàn)RS 232/422/485串行端口和TCP/IP網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

2.3 NB-IoT無線傳輸模塊

根據(jù)整體設(shè)計(jì)思路，本系統(tǒng)選擇NB-IoT通信模塊完成與云平臺(tái)的連接。通過對(duì)比，最終選擇的物聯(lián)網(wǎng)通信模塊為BC20模塊。

2.4 智慧養(yǎng)老系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊

綜合考慮設(shè)計(jì)成本和系統(tǒng)能耗要求，選用 MAX3100型號(hào)傳感器對(duì)老人的心率和血氧飽和度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。通過觀察受擾動(dòng)前后加速度的變化值來驗(yàn)證被測對(duì)象所處的狀態(tài)，選擇ADXL345來完成相關(guān)參數(shù)的檢測。選擇GT-U7型號(hào)模塊的GPS傳感器用于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位功能。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)主要是完成節(jié)點(diǎn)檢測設(shè)備嵌入式開發(fā)和OneNET云平臺(tái)軟件配置，連接入網(wǎng)成功即可實(shí)現(xiàn)上傳、管理數(shù)據(jù)。

本系統(tǒng)對(duì)接OneNET云平臺(tái)的NB-IoT模塊是BC20模塊，這一連接需要確定其通信協(xié)議，在本系統(tǒng)中選擇的是MQTT協(xié)議。云服務(wù)器將收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步篩選，數(shù)據(jù)經(jīng)過存儲(chǔ)和處理后，通過MQTT協(xié)議發(fā)布到云平臺(tái)并進(jìn)行信息管理，在網(wǎng)頁端實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)信息。

4 系統(tǒng)測試

通過系統(tǒng)整體測試，判斷智慧養(yǎng)老系統(tǒng)是否能正常運(yùn)行，以及在測試中能否實(shí)現(xiàn)更有效的監(jiān)控。開啟設(shè)備后在計(jì)算機(jī)界面開啟跟蹤設(shè)備，此時(shí)該系統(tǒng)處于實(shí)時(shí)監(jiān)控狀態(tài)。

云平臺(tái)在對(duì)單獨(dú)的硬件功能模塊測試完成之后，再對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行測試，并檢查智慧養(yǎng)老系統(tǒng)的功能是否達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，如圖3所示。

圖3 云平臺(tái)總體測試

測試結(jié)果表明，OneNET云平臺(tái)可以顯示、處理、接收并傳輸數(shù)據(jù)，心率、血氧、姿態(tài)和GPS傳感器數(shù)據(jù)采集能夠正常進(jìn)行，上位機(jī)監(jiān)測平臺(tái)也能穩(wěn)定運(yùn)行，表明云平臺(tái)可以對(duì)整個(gè)養(yǎng)老監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋。

5 結(jié) 語

針對(duì)養(yǎng)老服務(wù)的復(fù)雜性，本設(shè)計(jì)改善了傳統(tǒng)養(yǎng)老監(jiān)控系統(tǒng)智能化不足的缺點(diǎn)。本系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測人體體征參數(shù)以及活動(dòng)空間的環(huán)境信息，具有穩(wěn)定性好、可行性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。