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物联网养老院监护系统方案

物联网111 吴思璠16
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摘要 3
引言 4
1．功能描述 5
1.1 监控服务器端 6
1.2 老人移动腕带终端 7
1.3 服务理念 8
1.4 运营模式 8
1.5 服务项目 8
1.6 服务方式 8
2 .RFID 人员定位和跌倒检测功能原理及实现 9
2.1 RFID 人员定位功能 9
2.2 人员跌倒检测功能 12
3.系统数据库设计 13
4.运营模式分析 14
4.1和运营商分成 14
4.2广告 15
4.3加盟商服务费的分成 15
4.4养老券 16
4.5政府补贴 16
5.系统特点 16
6．结束语 18

摘要
介绍基于物联网的养老院管理系统的各项功能，重点叙述RFID 人员定位原理、摔倒检测原理和健康监测等传感器原理和实现。通过在RFID 标签中录入老人的身份编号等信息，当 老人携带标签路过某一布置了读卡器的路段时，系统便能确定该老人位置。运用重力加速传感器，采集加速度变化波形作为摔倒检测的依据。

引言
随着时代的发展，一般养老院里的基础建设日趋完善，配套了各种娱乐设施，如健身场、运动场。这些设施确实丰富了老人们的生活，同时也给老人们带来潜在的活动风险。因为场所涉及的范围大，监管人员不可能顾及到每个角落的每位老人，所以必须采取一种有效的方式来照顾这些老人。基于物联网的养老院管理系统［1］，引入物联网［2］高科技信息技术，通过射频识别( RFID) 、传感器、无线传输( ZigBee) 等信息传感设备，实现对养老院老人的日常生活进行远程监控、实时定位和实时服务管理，符合未来养老服务需求，以应对老龄化带来的诸多问题［3］。

1．功能描述
如图1 所示，本养老院系统分为两个主要部分:监控终端和老人移动腕带终端。整个养老院系统采用目前比较成熟的RFID 射频识别技术和ZigBee 无线传输技术［4］，配合体温、脉搏和重力感应等传感器，基于物联网工程的思想设计而成。在老人身上配置RFID 标签和各种传感器，通过ZigBee 与监控端无线互联，即以老人为对象组成一个小型的物联网。系统可以实现RFID 定位、实时体温脉搏健康状态检测、位置信息查询和重力感应摔倒报警等功能，为老人的日常生活进行精准位置定位和身体健康指数实时监控。

1.1 监控服务器端
该部分是本系统的核心部分，实现了养老院的人员综合管理，主要有以下功能:
1.1.1人员管理
该功能允许管理人员在监控终端通过电脑查询全部老人的当前位置分布情况，以及每个老人当前的具体位置和健康状态，如血压、体温、心率等。
1.1.2事件处理
该功能允许管理人员进行紧急事件处理，如接收老人腕带发出的警报以便及时处理、或者接收老人的紧急呼叫请求等事件。
1.1.3语音广播
该功能允许管理人员在某些情况下进行广播。监控端软件基于嵌入式Linux［5］操作系统设计，该系统是在PXA270 平台上的一个ARM Linux 移植版本［6］，版本号是2.6.9。在该Linux 系统之上，软件采用QT-embedded4.5［7］来实现图形界面和多线程
处理等功能［8］。
1.2 老人移动腕带终端
该模块为系统的移动模块，可以实时监测老人健康状态，主要有以下功能:
1.2.1 健康状态监测
该功能通过腕带上的传感器，实时检测老人的血压、脉搏、体温等生理特征，并进行记录、比对。
1.2.2发送警报
该功能用于老人与监控终端进行通讯。当佩戴腕带终端的老人摔倒、健康信息异常、或者需要服务时向监控终端发出呼叫信息。
1.2.3 RFID 标签定位
该功能实现在养老院范围内通过RFID 射频识别卡记录的标签信息实现无线人员定位。腕带终端是佩戴在老人手腕上的便携式终端，其程序主要任务是采集装备在老人身上的各种传感器信息，然后经过处理和过滤后由ZigBee 无线发送到监控端。程序是基于Linux 2.6.24内核的操作系统之上运行的，通过Linux API 系统调用，实现多线程处理和中断处理。由于程序同时有多个传感器数据采集，因此采用多线程，按键操作可以用外部中断来实现［9］。系统框图如图2 所示。

1.3 服务理念
让老人生活的安心、舒心；让老人子女放心、省心；推动社会和谐建设。
1.4 运营模式
在政府资金资助和政策支撑下，坚持“有偿、低偿、无偿相结合”的原则下，不断地发展和丰富为老服务项目；并积极的探索结合社会养老资源的基础上的市场化、社会化的运营方式。在坚持保本微利的基础上，构建一种规模化、智能化、精细化的居家养老服务及组织管理模式，实现项目的可持续运营。
1.5 服务项目
居家养老服务主要对服务对象提供紧急救助、生活帮助、主动关怀三大类服务方式。服务项目涵盖日间照料、生活护理、家政服务、精神慰藉、文体娱乐、法律维权等多种项目。
1.6 服务方式
1.6.1 无偿服务
这类服务针对散居的“三无”老人，其中75周岁以上的重点优抚对象、市级以上劳动模范、百岁老人、低保和低保边缘人群、持有特困残疾证和特困职工证人员，每人每月由县（市、区）政府根据当地经济发展水平，发放一定数额的居家养老服务券。
1.6.2 低偿服务
对生活不能自理或不能完全自理且经济比较困难的社区独居、空巢老人，争取每人每月由政府发放一定数额的居家养老服务券。
1.6.3 有偿服务
有经济能力、需要上门服务的老人，通过自己购买，由居家养老服务机构提供各种服务。
1.6.4 义工服务
通过志愿者、低龄老人为社区老年人提供义工服务。
1.6.5 社会力量认购服务
针对特殊困难的老人，积极动员社会力量，包括通过企业或社会个人为老年人实行认购服务。
2 .RFID 人员定位和跌倒检测功能原理及实现
2.1 RFID 人员定位功能
2.1.1 RFID 读写器模块描述
RFID 读写器模块是整个系统的重点，能够帮助养老院的工作人员清晰地知道老人当前所在位置以及周边的环境，为工作人员提供极大的帮助，使老人即使在无人陪同的情况下也能自己去较远的地方，一般情况下标签内写入的是持卡人身份等信息的编码。在基于物联网的养老院管理系统中设置了5 个检查点，每一个检查点都有一个RFID 读写器模块，通过老人手上的腕带标签对老人进行定位。如图3 所示。

2.1.2 实现原理
RFID 读写器中读写模块的核心部分包括一个用于控制的微处理器MF RC500 和一个RFID 基站芯片。它具有与用户主系统的串行通信能力，可根据用户系统的命令完成对RFID 卡的读写操作，并将所得数据返回给处理器系统，这个处理器系统可以是一个主控板［10］。
(1) 本养老院管理系统采用读卡器与非接触性IC 卡相结合的工作原理，在实现读写信息上与传统的接触式读卡器相比有以下突出优点:
①RFID 卡具有较强的数据通信功能，传输速率较快，读写距离较远，且具有防冲突功能，能在同一时间处理多张在读写器天线内的卡片［11］。
②RFID 卡具有唯一的卡片序列号，该序列号无法复制，因此它具有更高的防伪装性。
(2) 本项目中养老院人员定位实现原理: 将RFID 读写器布置在待测位置处，当有RFID 卡经过时读取RFID 卡，代表老人刚好经过本路段。如图3中将每个RFID 读写器分别置于图中各检查点位置，每个检查点分别代表不同的地理位置信息。例如: 大门口、食堂、住宿区、娱乐室和运动场。而RFID 标签卡配置于每个老人的腕带上，当老人佩戴的腕带经过每一个检查点时，读写器将从老人的RFID 卡上读取老人的身份信息，并把信息发送到监控终端。监控终端便知道该老人刚从某个区域移动至另一个区域。RFID 读卡程序流程图如图4 所示。

2.1.3 RFID 数据通信实现
为了方便养老院监控端程序处理串口所接收的数据时遵循系统定义的协议，每一帧数据定义描述如表1 所示。
表1 基本数据帧结构
数据：
［LN］
［FN］
［xxxx． ． ．］
说明：
后续数据长度
功能类型号
数据部分
数据大小：
1字节
1字节
LN-1 字节
数据帧的第一字节表示接下来还有多少字节的数据要接收，这是为了方便接收程序控制数据的接收; 数据帧的第二字节表示功能类型号; 后面剩下的所有字节表示具体的数据。在不同的功能类型的情况下，数据部分的结构都有所不同。按功能类型的不同，数据部分定义如表2 所示。
表2 定位功能数据帧结构
功能类型: 接收检查点定位信息
类型号: 0x01
数据部分结构：
［NODE］
［UID］
说明：
检查点号
用户号
大小：
1字节
2字节
检查点的定位信息只有当检查点检测到老人的电子标签经过时便会发送，其中第一字节表示检查点的ID，接下来的两个字节表示检测到的电子标签的用户号。
2.2 人员跌倒检测功能
在大多数时候，养老院的老年人行动的节奏相对比较慢，因此在整个行动过程中，其加速度矢量变化不大。本系统利用加速度这个矢量值来判断老人是否摔倒［12］。具体实现原理如下:加速度传感器被固定在老人身上，在加速度传感器上定义Y 轴为曲线，它在正常静止状态下为-1g; 同时定义X 轴和Z 轴的加速度曲线，其正常静止状态下应该为0g; 一根矢量曲线是三轴加速度的矢量和，正常静止状态下为+ 1g。
2.2.1正常状态分析
一般情况下，老人的动作幅度不大，加速度变化值不大。
2.2.2跌倒过程分析
跌倒过程中的加速度变化明显，主要有以下4 个特征:①失重: 在跌倒开始发生的失重现象。对于一般跌倒，合加速度小于1g。
②撞击: 人体撞击之后，跌倒与地面发生强烈撞击，在合加速度曲线中会产生一个变化很大的曲线波形。③静止: 正常情况下，人在跌倒后，很少会马上站起来，会有短暂的静止状态。在合曲线上会出现一段平稳过渡期。④比较合矢量曲线: 跌倒之后，人体发生位置偏移，人体的方向会与原静止的姿态不同，根据这时与原静止状态的比较可以得出，老人是处于跌倒状态［13］。
3.系统数据库设计
本系统的数据库采用SQLite3［14］，数据文件保存在监控端服务器，由监控端程序负责维护。数据库中主要的实体与关系设计如图5 所示。

根据图5 可以看出，简化的数据库主要维护了3个表。其所定义的老人表中维护养老院中老人的基本信息，包括个人信息、健康状态值和所处区域位置;另外地图检查点和地图区域两个表则描述整个养老院区域划分和检查点布置情况。由于一个检查点连接了两个区域，分别在检查点两侧，因此检查点实体表中有oneside、anotherside 两个属性，分别表示与检查点相邻两个区域的区域号。这样不仅可以很方便地处理人员的定位，而且可以适应地形的变换，如果需要将系统换到另一个养老院地形的情况下，则只要把数据库的区域节点信息按其地形重新更改替换就可以直接使用。
4.运营模式分析
4.1和运营商分成
老人机有最低消费，居家养老服务中心可以和移动或者联通或者电信谈一个分成比例。比如老人机最低消费10元/月，居家养老服务中心每个月分成1元。
当然，老人对钱很在意，这个时候，可以建议老人机实行与亲属捆绑方式。只要子女手机有钱，老人机就可以正常使用。这样的事情，运营商也是愿意做的。因为增加了用户黏性，提高了用户离网门槛。在老人不用直接缴费情况下，老人对话费就没有感觉了。
为了增加分成收入，可以开发增值应用，比如用药提醒，语音天气预报、语音当地即时新闻、老年人专题语音聊天室。
另外，老年人拿到老人机是通过交话费送手机方式，一般，手机采购价的1：1.5或者1：1.8是缴费送机。居家养老服务中心也可以考虑在送机环节，讨论一下与运营商的分成。
4.2广告
如果该养老服务中心具有本地区全部老人信息，那么具有针对性的广告就可以操作，从这个意义上说，该信息对老年药品、老年用品厂商就有价值了。例如，系统可以搜索出失能老人亲属信息，卖轮椅的厂家就可以给其亲属发送针对性广告。该广告到达率将是最高的。
这件事情如果做好了，是老年人的福音，但做不好，有可能被老年人投诉。所以，对居家养老服务中心运营者来讲，原则和良心是都要考虑的。
4.3加盟商服务费的分成
我们将该模式移植到了居家养老服务中心对加盟商的管理上。其实，居家养老服务中心与家政服务网络中心有很多相似的地方。
当一个老人需要修空调的时候，居家养老服务中心信息系统会按照就近服务、优质优先、公平公正等原则推荐能够提供空调维修服务的服务商，服务完毕，系统会扣除该项服务的推荐佣金。
如果该居家养老服务中心的服务取得老人信任，佣金收入会成为居家养老服务中心的最主要来源。也是居家养老服务中心提升服务质量、规范服务流程的最大动力。当然，这是一个良性循环，服务越好，收入越高，加盟商满意、老人满意。
4.4养老券
很多地方，政府通过购买服务的方式，来做老人养老补贴。可以生成养老券，并全程监控养老权的分发 消费回收，并具备防伪查询，详细的报表功能。杜绝了以往养老券发放失控现象。养老券是有一定量的沉淀的，原因大多是过期、丢失或者忘记使用。这部分的沉淀，也是居家养老服务中心的收入组成部分。
4.5政府补贴
一个运行良好的居家养老服务中心，不仅能为本地老人提供优质的居家养老服务，也保持了自身的良性发展。同时，也为本地政府解决了养老难题，为政府排忧解难。在很多地方，政府每年都会拿出一些财政收入，对居家养老服务中心进行补贴。
5.系统特点
①引进国际上领先的技术、结合国内经济快速发展的国情定制开发而成。
②为国内市场未有的可比拟性，借鉴了国际上数字社区的成功经验。
③兼容国内任何同类产品，又具有国内同类产品所没有先进性技术。
④系统采用了国际上先进的跳频技术、3G技术、WAP技术等等多项先进通信技术
⑤系统预留接口丰富：无线报警接口、网站电话浏览接口、短信查询接口、WAP接口、3G业务接口、视频接口、电话会议接口、视频会议接口、调度指挥接口。
⑥社区可以通过电话的方式“浏览”社区网站。
⑦系统操作简单、方便。
⑧提供新的服务方式和手段，提高社区服务和管理水平，提高民政和社区服务质量和用户满意度。
⑨提高社区资源的利用率，发展相关的电子政务、电子商务。
⑩提供新的服务理想和新的增值业务，提高社区服务机构的劳动生产率，使居民创造和获得就业机会。
⑪可以提供民政和社区决策支持所需的大量信息和数据，提高民政和社区办公的透明度，实现服务决策的科学化。
⑫发挥信息资源优势，优化内部管理体制，减少层次，加强管理，提高工作效率。

6．结束语
基于物联网的养老院管理系统作为一个有实际意义的物联网系统应用方案，是老龄化问题的重要应对策略。未来世界是物联网的世界，引入物联网这新一代高科技信息技术，通过射频识别、传感器、无线传输等信息传感设备，按预定的协议，以实现对养老院的老人日常生活处于远程监控、实时定位和实时管理状态，符合未来养老服务方向，应对老龄化带来的诸多问题。目前整个系统中实现了地图查询功能、事件处理功能、RFID 定位功能、ZigBee 无线传输功能、脉搏体温状态检测功能和跌倒检测报警功能等，其中人员定位和状态监测等功能已取得比较好的效果。

体现市民生活质量状况的指标---恩格尔系数，上海也从1995年的53.4%下降到了2003年的37.2%，虽然与恩格尔系数多在20%以下的发达国家相比仍有差距，但按照联合国粮农组织的划分，表明上海消费已开始进入富裕状态（联合国粮农组织曾依据恩格尔系数，将恩格尔系数在40%-50%定为小康水平的消费，20%-40%定为富裕状态的消费）。

参考文献:
［1］ 吴功宜． 智慧的物联网: 感知中国和世界的技术［M］．
北京: 机械工业出版社，2010．
［2］ 马建． 物联网技术概论［M］． 北京: 机械工业出版
社，2011．
［3］ 郑和喜． WSN RFID 物联网原理与应用［M］． 北京: 电
子工业出版社，2010．
［4］ 张亚琼，杜永贵． 基于CC2430 的ZigBee 智能传感器网
络研究及应用［J］． 仪表技术，2008( 4) : 3-4，7

300-400元 16 32%［5］ 罗苑棠，杨宗德． 嵌入式Linux 应用系统开发实例精讲
［M］． 北京: 电子工业出版社，2007．
［6］ 石秀民，魏洪兴． 嵌入式系统原理与应用———基于XScale

当然，在竞争日益激烈的现代社会中，创业是件相当困难的事。我们认为，在实行我们的创业计划之前，我们首先要了解竞争对手，吸取别人的经验教训，制订相应竞争的策略。我相信只要我们的小店有自己独到的风格，价格优惠，服务热情周到，就一定能取得大多女孩的信任和喜爱。与Linux［M］． 北京: 北京航空航天大学出版社，2007．

标题：大学生究竟难在哪？—创业要迈五道坎 2004年3月23日［7］ 蔡志明，卢传福，李立夏，等． 精通Qt4 编程［M］． 北京:

（三）DIY手工艺品的“自助化”电子工业出版社，2008．
［8］ 成洁，卢紫毅． Linux 窗口程序设计———Qt4 精彩实例分

（二）上海的人口环境对饰品消费的影响析［M］． 北京: 清华大学出版社，2008．
［9］ 郑灵翔，等． 嵌入式系统设计与应用开发［M］． 北京:

据调查，大学生对此类消费的态度是：手工艺制品消费比“负债”消费更得人心。北京航空航天大学出版社，2006．
［10］ 莱芜市杰讯电子有限公司． MF_RC500 中文数据手册
［Z］． 莱芜市杰讯电子有限公司，2007．
［11］ 单承赣． 射频识别( RFID) 原理与应用［M］． 北京: 电子
工业出版社，2008．
［12］ Ning Jia． 三轴加速度传感器在跌倒检测中的应用［DB/
OL］． http: / /www． analogcn． com/Article /wz1 /201003 /
20100329000002． html，2010-03-29．

2003年，上海市人均GDP按户籍人口计算就达到46700元，是1995年的2.5倍；居民家庭人均月可支配收入为14867元，是1995年的2.1倍。收入不断增加的同时，居民的消费支出也在增加。2003年上海居民人均消费支出为11040元，其中服务性消费支出为3369元，是1995年的3.6倍。［13］ Christopher J Fisher． Using an Accelerometer for Inclination

（一）创业机会分析Sensing［DB/OL］． http: / /www． analog． com/static/imported-

大学生的消费是多种多样，丰富多彩的。除食品外，很大一部分开支都用于。服饰，娱乐，小饰品等。女生都比较偏爱小饰品之类的消费。女生天性爱美，对小饰品爱不释手，因为饰品所展现的魅力，女人因饰品而妩媚动人，亮丽。据美国商务部调查资料显示女人占据消费市场最大分额，随社会越发展，物质越丰富，女性的时尚美丽消费也越来越激烈。因此也为饰品业创造了无限的商机。 据调查统计，有50% 的同学曾经购买过DIY饰品，有90% 的同学表示若在学校附近开设一家DIY手工艺制品，会去光顾。我们认为：我校区的女生就占了80%。相信开饰品店也是个不错的创业方针。files/application_notes/AN-1057． pdf，2010-03-29．
［14］ 余涛． 嵌入式数据库SQLite 在Motorola ColdfireuCLinux 下的移植［DB/OL］． http: / /www． sqlite． com．
cn /MySqlite /6 /379． Html，2007-03-19．

课程总结
物联网概念是1999年由麻省理工学院自动标识中心（MIT AutoID Center）提出的。2005年，国际电信联盟（ITU）发布了一份题为《The Internt of Things》的年度报告，正式将“物联网”命名为“The Internt of Things”。2009年8月，温家宝总理考察中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心，明确要求尽快建立中国的传感信息中心，也就是“感知中心”。老师从微控制器应用到ARM&Linux嵌入式系统，又回归到微控制器的研究教学，亲历近30年国内嵌入式应用的发展历程。下面就物联网工程专业，物联网课程体系和物联网实践3方面介绍国内现阶段的情况。
1． 物联网工程专业
物联网工程是交叉学科，是多个学科的融合，即计算机科学与技术，信息与通信工程，微电子学科，检测与自动化和仪器科学与技术。物联网工程是复合专业，涉及控制理论与控制工程，微电子检测，通信工程和计算机与信息专业，对应物联网的控制，感知，传输和信息处理技术。
物联网网络架构由感知层，网络层，应用层组成。计算机学院在物联网技术的网络层和应用层领域具有很好的研究基础，而感知层更多依赖的是软硬结合的嵌入式系统技术。物联网的传感器接口，RFID读写都涉及嵌入式技术，但实际上新技术含量很少，可看作是一个新袋子。
物联网主要涵盖RFID（>5.5），无线传感器网络(>8.5)，M2M智能手机(<4.5)等技术领域。其中括号里表达的是难度系数，可以看出无线传感器网络是最难的。
2． 物联网课程体系
2.1课程体系考虑原因
大学里最重要的是教会学习的方法，在各专业的主干课程基础上，在物联网方面有所加强即可。
2.2计算机学院物联网专业课程
物联网专业核心课程按软件和硬件分为：硬件方面的电子电路基础，物联网硬件基础，计算机网络和无线传感网，软件方面的程序设计基础，操作系统编程，数据库和数据挖掘。
2.3专业及特色课程
按物联网层次：
1感知层——射频识别技术，传感器技术基础，嵌入式系统接口技术。
2网络层——计算机网络，无线传感器网络，通信原理。
3． 物联网重要性
物联网一方面可以提高经济效益，大大节约成本；另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。目前，美国、欧盟等都在投入巨资深入研究探索物联网。我国也正在高度关注、重视物联网的研究，工业和信息化部会同有关部门，在新一代信息技术方面正在开展研究，以形成支持新一代信息技术发展的政策措施。
物联拥有业界最完整的专业物联产品系列，覆盖从传感器、控制器到云计算的各种应用。产品服务智能家居、交通物流、环境保护、公共安全、智能消防、工业监测、个人健康等各种领域。构建了“质量好、技术优、专业性强，成本低，满足客户需求”的综合优势，持续为客户提供有竞争力的产品和服务。
感谢许常青老师的指导。
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