基于物联网技术的养老院系统设计

来源: 发布时间:2019-07-26 09:25:35

  摘 要

  随着我国社会人口步入老龄化,子女的养老责任日益艰巨。子女因忙于工作而无暇照顾家中老人,因而选择让老人入住养老院。当前的养老院管理系统多集中在业务管理层面,监管人员不可能顾及每个角落里的每位老人,因此急需一套满足养老院看护管理需求的智能化管理系统。

  本文基于物联网通信技术设计了一套养老院管理系统。通过RFID、传感器、ZigBee等信息传感设备,实现对养老院老人进行实时定位和监控服务,在为老年人营造高质量养老环境的同时,也能够有效提高养老院的监护水平和员工的工作效率。

  关键词:物联网 养老院 管理系统 RFID ZigBee

  1需求分析

  随着我国社会老龄化现象日益严重,子女常常忙于工作而无暇照顾家中的老人,因而选择让老人入住养老院。

  大家普遍认为传统养老存在四大痛点:传统化电器设计,对腿脚不方便的老人非常不友好;安防监护缺失,老人失踪事件频繁;老人发生意外或突发疾病时无法及时采取措施;儿女无法直观了解父母的动态等。

  针对以上痛点,本文设计了一种养老院管理系统,在保证老年人养老生活质量的同时,也能够降低人工成本,提高管理效率。

  2系统总体设计

  本设计分为硬件系统与软件系统两块:硬件系统负责信息的实时采集、监控与信息发送,软件系统负责对信息的存储、处理与反馈;硬件系统分为腕带和读写器,软件系统分为数据库和web终端,通过通信网络将硬件与软件融合在一起。

  3系统各组成部分需求分析

  3.1定位服务需求

  虽然养老院内安装有摄像头进行监控,但总会存在死角区域,无法及时找到每位老人;例如患有老年痴呆的老人,可能因为工作人员的疏忽而离院出走,造成失踪事件,因此定位服务是必不可少的。

  3.2生命体征监控服务需求

  生命体征包括了体温、血压、心率等参数,这些参数是人体状态的反映。传统人工生命体征监测会有延迟性,对于生命体征异常的老人,错过了救治时间,就可能有生命危险。因此需要实时生命体征监控,若发现异常,则自动拨打紧急电话,争取治疗时间。

  3.3自动呼叫服务需求

  发生突发危急情况时,老人无法自己寻求监护人员的帮助,而造成悲剧的发生;因此需要自动呼叫服务,及时通知监护人员。或在生命体征监控出现异常时,腕带自动发出警报,呼叫紧急联系人,采取及时措施。

  3.4改善体感舒适度服务需求

  为改善体感舒适度,老人需要合适的室内温度和湿度。例如冬天,老人需要较高的室内温度的同时,也要保证室内不会过于干燥;而夏天,则需要较凉爽的室内温度,以及较低的湿度,从而保证老人生活质量。

  4各组成部分详细设计

  4.1客户端 腕带设计

  4.1.1老人定位设计

  可用的技术为GPS定位技术、RFID定位技术和Wi-Fi定位技术,接下来详细分析对比其优缺点,采取更优设计于老人定位。

  1 GPS定位技术

  GPS是一种卫星导航系统,能够为地球表面的客户提供实时准确的位置服务。它的系统包括24颗均匀分布在6个轨道上的卫星。用户设备利用自身内嵌计算机对捕获的数据进行定位计算,从而获取用户所需的地理位置信息。GPS定位系统具有全球全天候定位、定位精度高等特点,被广泛的应用于定位服务。

  2 REID定位技术

  RFID定位的基本原理是,通过一组固定的读写器读取目标RFID标签的特征信息,采用接收信号强度法确定标签所在位置。这种技术作用距离短,一般最长为几十米。但它可以在几毫秒内得到厘米级精度信息,且传输范围大,成本较低。由于其非接触和非视距等优点,可望成为优选的室内定位技术。

  3 Wi-Fi定位技术

  Wi-Fi定位采用“近邻法”,最靠近哪个基站,即认为处在什么位置,如附近有多个信源,则可以通过交叉定位,提高定位精度。由于Wi-Fi已普及,因此不需要铺设专门的设备用于定位。用户在使用智能手机时开启Wi-Fi、移动蜂窝网络,就可能成为数据源。该技术具有便于扩展、可自动更新数据、成本低的优势。

  4 定位设计方案

  综合考虑所述三种定位技术对比分析:

  定位范围方面:GPS覆盖全球,定位范围较广,适合于室外定位;而RFID和Wi-Fi定位技术定位范围较小,一般在几十米之内有效,适合于室内定位。

  精准度方面:GPS 卫星信号提供实时准确的位置,但由于室内墙壁的遮挡,GPS 模块接收卫星讯号困难,无法实现精确定位;RFID可以在几毫秒内得到高 精度信息;Wi-Fi热点受到周围环境的影响比较大,精度较低。

  成本方面:GPS定位系统在几万上下不等;RFID标识的体积较小,造价较低;由于Wi-Fi已普及,因此不需要铺设专门的设备用于定位,具有成本低的优势。

  据此,本设计采用了室外 GPS 定位和室内 RFID 定位相结合的定位设计方案。老人的腕带内集成GPS定位模块和RFID电子标签,并设置室外和室内模式。

  置为室外模式时,GPS模块激活,通过GSM模块提供的 GPRS数据传输功能将老人所在的经纬度信息发送回终端,实现室外定位功能;置为室内模式时,RFID电子标签与养老院内的读写器进行强度信息传输,读写器将定位数据通过无线数据采集终端发送到监控终端,实现室内定位功能。

  4.1.2 生命体征监控设计

  在腕带中集成测量体温、血压、心率传感器模块,采集生命体征数据,信息传递可采用ZigBee或者GSM通信模块。

  GPRS网络属于网络运营商,用户需要支付使用费,而Zigbee网络是用户自建网络,不需要支付任何费用;GPRS移动网基站结构复杂,价格昂贵,Zigbee 网络主节点结构简单,体积小,安装维护简单方便,且每一个主节点自身就可以当作为网络终端使用。

  因为发送腕带所采集的数据需要固定发送周期时间,且发送距离较近,数据量较少,因此从传输效果和经济成本来看,ZigBee会是更佳的选择。它时延短,网络速度快,可以使终端实时的监控老人生命体征的变化;网络容量更大,发射功率低,自然将对老人的辐射危害降到最低,安全、可靠。

  4.1.3 自动呼叫设计

  在腕带中集成 GSM 通信模块,利用其语音通话功能提供一键呼叫功能。在生命体征监控中,出现异常时,腕带自动发出警报,提醒紧急联系人,采取紧急措施;或者在老人有特殊需求或在紧急情况下,一键呼叫院方。

  4.1.4 改善体感舒适度设计

  在腕带中集成红外线模块,与老人所在寝室的加/抽湿器、空调固定识别匹配,一方面老人可以通过腕带界面自主地调节室内温度与湿度,另一方面可以终端可以通过得到的室内反馈智能调节温度和湿度。

  4.2终端设计

  4.2.1数据库设计

  终端需要数据库来记录老人的个人ID、身体健康状况等信息。本文采用MySQL,根据基本的需求图建立数据库。

  4.2.2 数据提取分析

  根据数据库中存储的一定时间段内的生命体征数据,输入到健康分析神经网络模型中,判断老人近期的健康情况如何。根据输出结果生成相应的健康说明书供院方参考。

  4.2.3 Web前端设计

  在数据存储后,利用HTML等Web技术进行前端开发,显示监控数据、老人方位、室内舒适度等情况。

  5总结

  随着我国人口60岁及以上数量达到2.41亿,占总人口17.3%,越来越多的老年人将选择养老院。因此完善养老院的管理问题成为一个亟待解决的问题。在这样的背景下,本文将物联网技术应用到养老院中来,设计了一套养老院管理系统,在保证老人生活质量的同时,也降低了人工看护成本。

  本设计基于物联网技术的养老院管理系统,是由客户端腕带、监控终端两大部分组成。腕带通过集成GSM通信模块、GPS模块、红外线模块、传感器模块实现了对老人的安全定位、信息采集等功能;终端通过数据库和Web前端实现了数据的存储、数据科学分析、显示等功能。

  本文设计的养老院管理系统仍存在不足,目前更多是从物质方面去保证老人的生活安全与质量,但无法满足老人的心理与情感需求。

  参考文献

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