养老院监护系统资料.doc
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1、精品文档物联网养老院监护系统方案物联网111 吴思璠16目录摘要3引言41功能描述51.1 监控服务器端61.2 老人移动腕带终端71.3服务理念81.4运营模式81.5服务项目81.6服务方式82 .RFID 人员定位和跌倒检测功能原理及实现92.1 RFID 人员定位功能92.2 人员跌倒检测功能123.系统数据库设计134.运营模式分析144.1和运营商分成144.2广告154.3加盟商服务费的分成154.4养老券164.5政府补贴165.系统特点166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
2、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
3、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
4、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Linux5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
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ZigB
6、ee 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
7、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
8、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
9、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:RFID 卡具有较强的数据通信功能,传输速率较快,
10、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。RFID 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
11、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 FNxxxx 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
12、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
13、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: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。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。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。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
14、倒状态13。3.系统数据库设计本系统的数据库采用SQLite314,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
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