基于5G 通信技術(shù)的居家養(yǎng)老監(jiān)控系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)

陳潔萍，王顯軒，陸世鵬，仝瑞普

（廣西職業(yè)技術(shù)學(xué)院 大數(shù)據(jù)學(xué)院，廣西 南寧）

前言

國(guó)家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的第七次全國(guó)人口普查數(shù)據(jù)顯示[1]，全國(guó)人口共14.1 億人，其中65 歲及以上人口有1.9 億人，占總?cè)丝诒戎剡_(dá)13.5%。根據(jù)預(yù)測(cè)，我國(guó)將在2025 年左右，由老齡化社會(huì)進(jìn)入老齡社會(huì)，屆時(shí)65 周歲以及以上人口將達(dá)到14%；到2050 年的時(shí)候，老年人將接近3.8 億，占比27.9%。如何應(yīng)對(duì)老年人的養(yǎng)老問(wèn)題，成為我國(guó)社會(huì)生活中需要極度關(guān)注的問(wèn)題。經(jīng)調(diào)查，我國(guó)的養(yǎng)老模式主要有居家養(yǎng)老、社區(qū)居家養(yǎng)老和機(jī)構(gòu)養(yǎng)老三種方式[2]，其中居家養(yǎng)老占96%，社區(qū)養(yǎng)老占1%，機(jī)構(gòu)養(yǎng)老占3%，居家養(yǎng)老成為了主要的養(yǎng)老方式[3]。但傳統(tǒng)的居家養(yǎng)老，由于子女不在身邊，居家老人生病或者發(fā)生意外往往不能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)。目前，對(duì)老年人居家遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)陪護(hù)以及遠(yuǎn)程健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究，讓子女、社區(qū)人員可以通過(guò)遠(yuǎn)程對(duì)老人的居家養(yǎng)老情況進(jìn)行查看和了解，完善老人的居家養(yǎng)老質(zhì)量，提升老年人的幸福指數(shù)，促進(jìn)家庭和諧，從而為推動(dòng)整個(gè)和諧社會(huì)的建設(shè)發(fā)揮積極作用。

1 基于5G 通信技術(shù)的老年人居家監(jiān)控系統(tǒng)

眾所周知，5G 的三種應(yīng)用場(chǎng)景有eMBB，mMTC，uRLLC。eMBB 就是增強(qiáng)大寬帶移動(dòng)通信，這部分常見(jiàn)的應(yīng)用就是我們生活中的手機(jī)對(duì)基站的通信；uRLLC是高可靠低時(shí)延連接，這部分常見(jiàn)的應(yīng)用是無(wú)人駕駛，港口貨運(yùn)調(diào)度，無(wú)人采礦等；mMTC 就是海量物聯(lián)，這部分常見(jiàn)的應(yīng)用是智能家居。5G 包括三類標(biāo)準(zhǔn)分別是LTE（授權(quán)頻道）、LTE-U（非授權(quán)頻道）和NBIoT（授權(quán)頻道）。NB-IoT（窄帶物聯(lián)網(wǎng)）是5G 的一部分，也是5G 商用的前奏和基礎(chǔ)，5G 的實(shí)現(xiàn)需要建立在NB-IOT 的基礎(chǔ)上。本系統(tǒng)就是設(shè)計(jì)一個(gè)基于NBIOT 技術(shù)的的老年人居家監(jiān)控系統(tǒng)。

1.1 系統(tǒng)總體框架

本文基于5G 通信技術(shù)的老年人居家監(jiān)控系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)[4-5]。硬件設(shè)計(jì)主要包括老年人身體信息（位置信息、運(yùn)動(dòng)軌跡、血壓、血氧、心率等信息）采集電路模塊和網(wǎng)絡(luò)傳輸電路模塊。通過(guò)對(duì)信息采集電路的工作原理及元器件工作機(jī)理的分析并完成其硬件電路設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)包括研究通過(guò)相應(yīng)的算法把采集到的信息通過(guò)5G 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆品?wù)平臺(tái)，同時(shí)設(shè)計(jì)基于Android 手機(jī)的APP 和Web 應(yīng)用程序，即設(shè)計(jì)一個(gè)基于5G 通信技術(shù)的老年人居家監(jiān)控系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)利用5G 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和很好的特性實(shí)時(shí)傳輸采集電路采集到的居家老人的定位、活動(dòng)軌跡以及基本的身體生理參數(shù)，并通過(guò)5G 無(wú)線傳輸模塊傳輸?shù)皆破脚_(tái)上，提供給遠(yuǎn)端的家屬通過(guò)手機(jī)APP 查看居家老人的狀態(tài)信息的功能。

本文基于5G 通信技術(shù)的老年人居家監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 總體系統(tǒng)架構(gòu)

1.2 硬件電路模塊

5G 通信技術(shù)的老年人居家監(jiān)控系統(tǒng)的硬件電路模塊主要包括老人信息采集處理模塊以及5G 無(wú)線傳輸模塊，兩模塊之間通過(guò)串口來(lái)完成連接，如圖2 所示。圖2 中，老人信息采集處理模塊電路由主控芯片STM32L476 和GPS 北斗定位電路、血氧信息采集電路、心率血壓采集電路以及運(yùn)動(dòng)軌跡電路等老人生理參數(shù)以及定位信息的采集電路構(gòu)成[6]。心率血壓采集電路采用MKB0805 動(dòng)態(tài)心率血壓壓力傳感器模塊，心率血氧信息采集電路采用MAX30100 傳感器模塊，運(yùn)動(dòng)軌跡及定位信息采用GPS 北斗定位處理模塊。

圖2 老人信息采集處理模塊電路

5G 無(wú)線傳輸模塊是基于NB-LOT 技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊，該模塊用于實(shí)現(xiàn)老人信息采集處理模塊與云服務(wù)平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)交換。該部分電路采用BC20 開(kāi)發(fā)電路來(lái)完成，該開(kāi)發(fā)平臺(tái)支持NB-LOT 技術(shù)的傳輸電路，支持使用者做二次開(kāi)發(fā)使用。

1.3 軟件模塊

5G 通信技術(shù)的老年人居家監(jiān)控系統(tǒng)的軟件模塊的作用是整體規(guī)劃整個(gè)居家養(yǎng)老監(jiān)控系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)，整體分析總體程序控制進(jìn)程。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分主要包括：老人信息采集處理模塊軟件、5G 傳輸模塊軟件、手機(jī)應(yīng)用APP 以及Web 應(yīng)用軟件。老人信息采集處理模塊和5G 傳輸模塊軟件的作用主要完成老年人的身體生理數(shù)據(jù)（如心率、血氧、血壓）、定位、活動(dòng)軌跡等信息的采集，再把數(shù)據(jù)通過(guò)5G 傳輸模塊向云平臺(tái)傳輸；開(kāi)發(fā)的手機(jī)應(yīng)用APP 軟件提供用戶通過(guò)Android 手機(jī)遠(yuǎn)程查看居家老人的實(shí)時(shí)情況；Web應(yīng)用軟件提供用戶通過(guò)Android 手機(jī)遠(yuǎn)程查看居家老人的實(shí)時(shí)情況。其中老人信息采集處理模塊的軟件主要由主控芯片STM32L476 完成底層控制；5G 傳輸模塊通過(guò)BC20 開(kāi)發(fā)電路軟件和NB 卡，依賴目前5G 的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)之一的NB－Iot 網(wǎng)絡(luò)，使用MQTT 協(xié)議，實(shí)現(xiàn)老人信息采集模塊的數(shù)據(jù)向中國(guó)移動(dòng)公司開(kāi)發(fā)的oneNET 云平臺(tái)傳輸；Android 手機(jī)APP 與Web 應(yīng)用軟件通過(guò)HTTP 協(xié)議從oneNET 云平臺(tái)獲得數(shù)據(jù)，隨時(shí)提供給用戶遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)，其中Android 手機(jī)APP為基于oneNET 云平臺(tái)自行開(kāi)發(fā)的APP。圖3 所示是系統(tǒng)的軟件模塊組成框圖。

圖3 系統(tǒng)軟件模塊框圖

2 結(jié)論

基于5G 通信技術(shù)的老年人居家監(jiān)控系統(tǒng)研究和設(shè)計(jì)，將現(xiàn)代通信技術(shù)應(yīng)用到社會(huì)養(yǎng)老領(lǐng)域，為更多的老年人、家庭以及社區(qū)老年人管理工作提供便利，能大大減少政府和社會(huì)的養(yǎng)老工作的負(fù)擔(dān)，也為提升老年人居家養(yǎng)老服務(wù)質(zhì)量、建立和諧家庭、和諧社區(qū)以及和諧社會(huì)發(fā)揮了積極的作用。