基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧養(yǎng)老系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

姜 妍

(長春師范大學 國際交流學院,吉林 長春 130032)

0 引言

智慧養(yǎng)老在普通養(yǎng)老的基礎(chǔ)上,利用相關(guān)技術(shù)進一步完善養(yǎng)老體系,提高老年人的生活質(zhì)量,提升幸福指數(shù)。劉奕祈等[1]通過利用互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù),整合現(xiàn)有養(yǎng)老資源,解決老年人多樣化的養(yǎng)老需求。彭露露等[2]提出居家智慧健康養(yǎng)老服務(wù)最核心的部分是運行平臺,根據(jù)智慧養(yǎng)老各參與方的職責與功能對平臺進行模塊劃分,整合保潔家政、醫(yī)療救治及康復(fù)、技能人員培養(yǎng)等多項功能,全方位滿足老年人需求。

本文設(shè)計的基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧養(yǎng)老系統(tǒng)可以使老年人在眾多養(yǎng)老服務(wù)中找到切合自身的智慧養(yǎng)老服務(wù),并有效地減輕養(yǎng)老服務(wù)供給的壓力,推動我國養(yǎng)老事業(yè)和養(yǎng)老體系的發(fā)展。

1 系統(tǒng)功能分析與設(shè)計

1.1 系統(tǒng)功能概述

智慧養(yǎng)老新模式以智慧云平臺、小程序、電子信息檔案為基礎(chǔ),多方信息互通為途徑、老年人為核心,形成了完整的養(yǎng)老系統(tǒng)架構(gòu)。

此新模式的建立是以居家為基礎(chǔ),社區(qū)為依托,機構(gòu)為輔助的完備服務(wù)結(jié)構(gòu)。以老城區(qū)作為總部,實現(xiàn)社區(qū)驛站、老年人、子女、政府、醫(yī)療機構(gòu)的多方連接,用“觸手可及”小程序作為信息載體,提供系統(tǒng)化服務(wù)以及器械購買、配送餐食、健康檢測、實時定位等一系列的個性化服務(wù)。社區(qū)驛站會對老年人的身體數(shù)據(jù)進行處理、分類和儲存,建立老年人的專屬電子信息檔案,并連接政府和醫(yī)療機構(gòu)的內(nèi)部系統(tǒng),開通老年人的專屬就醫(yī)通道。該智慧養(yǎng)老系統(tǒng)的整體關(guān)系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 智慧養(yǎng)老系統(tǒng)整體架構(gòu)

1.2 智能產(chǎn)品的應(yīng)用

“厚米”智能手環(huán)不僅采取輕便小巧的外形,還能夠感知老年人體內(nèi)血液顏色和行為動作,并配合手環(huán)中的心率血氧傳感器和加速度傳感器,實現(xiàn)對老年人身體數(shù)據(jù)的檢測。其中的GPS定位模塊和導(dǎo)航指令,不僅能夠讓社區(qū)工作人員隨時關(guān)注到老年人的位置狀態(tài),還可以為老年人提供到達目的地的最優(yōu)路線。“厚米”智能音箱為“厚米”智能手環(huán)提供數(shù)據(jù)接口和藍牙,實現(xiàn)基礎(chǔ)控制和數(shù)據(jù)互通。

1.3 微信小程序分析與設(shè)計

子女可以隨時隨地在小程序中實時查詢老年人近期的身體健康數(shù)據(jù),也可以通過手環(huán)對老年人進行實時呼叫;小程序也具備聯(lián)系社區(qū)的功能,可以了解老年人心理狀態(tài)、近期需求;追蹤老年人的活動軌跡、途經(jīng)地點以及當前定位;子女或老年人可以選擇生活基礎(chǔ)服務(wù)和家庭維修服務(wù);子女可在商城進行保健產(chǎn)品或醫(yī)療器械的購買;還可以為老年人預(yù)約單項檢查和體檢。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 嵌入式控制模塊設(shè)計

系統(tǒng)硬件部分為“厚米”智能手環(huán),其核心技術(shù)為實時的行為數(shù)據(jù)采集和判斷。通過分析對比,該系統(tǒng)最終采用STM32L151C8T6作為“厚米”智能手環(huán)的主控芯片。STM32L151C8T6是一款低功耗、高性能的32位ARM Cortex-M3微控制器,具有80 MHz的主頻,64 kB的Flash存儲器和16 kB的SRAM存儲器。此外,該芯片還具有低功耗模式,非常適合用于需要長時間運行的低功耗應(yīng)用。

2.1.1 加速度傳感器模塊

該系統(tǒng)采用MPU6050傳感器,采集人體行為信息中的加速度信息和姿態(tài)角速度信息。該傳感器是一款集成了三軸陀螺儀和三軸加速度計的數(shù)字式運動處理器,采用MEMS技術(shù),體積小、功耗低、性能優(yōu)良。MPU6050的三軸加速度計可測量物體在3個方向上的加速度,而三軸陀螺儀可測量物體在3個方向上的角速度。MPU6050還集成了數(shù)字運動處理器(DMP),可實現(xiàn)復(fù)雜的運動處理和數(shù)據(jù)濾波,簡化了系統(tǒng)設(shè)計和軟件開發(fā)難度。

2.1.2 GPS模塊

“厚米”手環(huán)使用的ublox neo GPS模塊是一種高精度GPS模塊,可以提供準確的位置、速度和時間信息,適用于各種移動應(yīng)用。模塊采用了u-blox自主研發(fā)的LEA-6 T芯片,支持多種GNSS衛(wèi)星系統(tǒng)和多種通信接口,可以方便地集成到各種嵌入式系統(tǒng)中。本文使用ublox neo GPS模塊獲取了實驗數(shù)據(jù),驗證了其高精度和可靠性,并對其性能進行了評估和分析。

2.1.3 蜂鳴器報警模塊

蜂鳴器也是智慧養(yǎng)老系統(tǒng)中的一部分,在老年人摔倒警告提示中扮演著重要角色,可提醒行人及時給予老年人幫助。該電路提高了蜂鳴聲的作用,具體設(shè)計是:將蜂鳴器的正極一端連接于5 V的供電端,而另一端連接于三極管的集電極,三極管的基極則由單片機的一根引腳通過與門進行控制。在引腳為低的情況下,與非門的輸出為高電平,三極管處于接通狀態(tài),通過這種方式,蜂鳴器產(chǎn)生的電流就會產(chǎn)生聲音。在引腳是高的情況下,與非門的輸出為低電平,三極管斷開,蜂鳴器不響。

2.2 通信模塊設(shè)計

系統(tǒng)使用的藍牙模塊是HC-05藍牙模塊,通過TX和RX引腳,支持使用標準AT命令[3],該系統(tǒng)主要用到的AT相關(guān)指令說明如表1所示。該模塊體積小巧(3.57 cm×1.52 cm),套有透明熱縮管,防塵美觀,且具有一定的防靜電能力。模塊可將報警信息傳送至手機客戶端。

表1 HC-05藍牙模塊相關(guān)指令

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 軟件架構(gòu)模式

智慧養(yǎng)老系統(tǒng)采用C/S與B/S相結(jié)合的混合架構(gòu)方案。其中,B/S架構(gòu)用于瀏覽器客戶端和服務(wù)器之間,C/S架構(gòu)用于手機客戶端、家庭養(yǎng)老控制器與服務(wù)器之間。

3.1.1 C/S軟件架構(gòu)

C/S架構(gòu)是一種常見的客戶端/服務(wù)器架構(gòu),將軟件系統(tǒng)分成客戶端和服務(wù)器兩部分,客戶端和服務(wù)器之間通過網(wǎng)絡(luò)進行通信。客戶端是用戶交互的界面,負責向服務(wù)器發(fā)起請求并接收響應(yīng),而服務(wù)器則負責處理請求并返回響應(yīng)結(jié)果。C/S架構(gòu)的優(yōu)點是具有較高的安全性、可靠性和可擴展性,同時能夠提供較高的性能和用戶體驗。此外,C/S架構(gòu)還能夠支持多個客戶端連接到同一個服務(wù)器,實現(xiàn)醫(yī)院、社區(qū)、家庭子女端協(xié)同工作。

3.1.2 B/S軟件架構(gòu)

B/S架構(gòu)是一種基于瀏覽器和服務(wù)器的軟件架構(gòu)模式,它將應(yīng)用程序的前端和后端分離,通過瀏覽器提供用戶界面,通過服務(wù)器提供數(shù)據(jù)處理和存儲。在B/S架構(gòu)中,瀏覽器通過HTTP協(xié)議向服務(wù)器發(fā)送請求,服務(wù)器接收請求后進行數(shù)據(jù)處理,并將結(jié)果通過HTTP協(xié)議返回給瀏覽器。由于B/S架構(gòu)基于標準化的HTTP協(xié)議,因此具有跨平臺、跨瀏覽器、易擴展和易維護等優(yōu)點。此外,B/S架構(gòu)還可以實現(xiàn)遠程訪問和數(shù)據(jù)共享,為智慧養(yǎng)老的信息化建設(shè)提供有力的支持。

3.2 智慧養(yǎng)老系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺實現(xiàn)

對外而言,提供統(tǒng)一的API接口,且訪問方式相同,可同時支持B/S和C/S架構(gòu)(智慧養(yǎng)老系統(tǒng)終端),如圖2所示。其中B/S架構(gòu)具有優(yōu)越的跨平臺能力,利于社區(qū)管理員能夠在任意的瀏覽器登錄系統(tǒng)Web客戶端,C/S架構(gòu)具備優(yōu)越的流暢性,能夠提升老年人的服務(wù)體驗。如若檢測出老年人的狀態(tài)存在異常,則報警模塊接收單片機的AT命令,蜂鳴器報警進行報警操作。

4 結(jié)語

智慧養(yǎng)老新模式用“厚米”智能產(chǎn)品作為輸入端,“觸手可及”小程序作為操作端,不但能提升老年人的生活質(zhì)量,提高老年人安全系數(shù),還可以實現(xiàn)多方信息互通,消除老年人和科技社會之間的隔閡。在科技時代,只有在當前已有的智慧化養(yǎng)老的基礎(chǔ)上,進一步完善智慧養(yǎng)老新模式并大范圍普及,才能真正實現(xiàn)老有所依的智慧化養(yǎng)老。

[1]劉奕祈,鄧嶸.智慧居家養(yǎng)老服務(wù)設(shè)計策略探究[J].設(shè)計,2019(20):116-118.

[2]彭露露,楊彤蕾,余劍.“互聯(lián)網(wǎng)”背景下居家智慧健康養(yǎng)老模式的探究[J].價值工程,2019(4):164-166.

[3]李剛.基于NB-IoT的校園宿舍智能鎖控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].杭州:浙江理工大學,2020.