養(yǎng)老院系統(tǒng)設計
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摘要:隨著我國社會人口步入老齡化，子女的養(yǎng)老責任日益艱巨。子女因忙于工作而無暇照顧家中老人，因而選擇讓老人入住養(yǎng)老院。當前的養(yǎng)老院管理系統(tǒng)多集中在業(yè)務管理層面，監(jiān)管人員不可能顧及每個角落里的每位老人，因此急需一套滿足養(yǎng)老院看護管理需求的智能化管理系統(tǒng)。本文基于物聯(lián)網(wǎng)通信技術設計了一套養(yǎng)老院管理系統(tǒng)。通過RFID、傳感器、ZigBee等信息傳感設備，實現(xiàn)對養(yǎng)老院老人進行實時定位和監(jiān)控服務，在為老年人營造高質(zhì)量養(yǎng)老環(huán)境的同時，也能夠有效提高養(yǎng)老院的監(jiān)護水平和員工的工作效率。
關鍵詞:物聯(lián)網(wǎng);養(yǎng)老院;管理系統(tǒng);RFIDZigBee
1需求分析
隨著我國社會老齡化現(xiàn)象日益嚴重，子女常常忙于工作而無暇照顧家中的老人，因而選擇讓老人入住養(yǎng)老院。大家普遍認為傳統(tǒng)養(yǎng)老存在四大痛點:傳統(tǒng)化電器設計，對腿腳不方便的老人非常不友好;安防監(jiān)護缺失，老人失蹤事件頻繁;老人發(fā)生意外或突發(fā)疾病時無法及時采取措施;兒女無法直觀了解父母的動態(tài)等。針對以上痛點，本文設計了一種養(yǎng)老院管理系統(tǒng)，在保證老年人養(yǎng)老生活質(zhì)量的同時，也能夠降低人工成本，提高管理效率。
2系統(tǒng)總體設計
本設計分為硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)兩塊:硬件系統(tǒng)負責信息的實時采集、監(jiān)控與信息發(fā)送，軟件系統(tǒng)負責對信息的存儲、處理與反饋;硬件系統(tǒng)分為腕帶和讀寫器，軟件系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)庫和web終端，通過通信網(wǎng)絡將硬件與軟件融合在一起。
3系統(tǒng)各組成部分需求分析
3．1定位服務需求
雖然養(yǎng)老院內(nèi)安裝有攝像頭進行監(jiān)控，但總會存在死角區(qū)域，無法及時找到每位老人;例如患有老年癡呆的老人，可能因為工作人員的疏忽而離院出走，造成失蹤事件，因此定位服務是必不可少的。
3．2生命體征監(jiān)控服務需求
生命體征包括了體溫、血壓、心率等參數(shù)，這些參數(shù)是人體狀態(tài)的反映。傳統(tǒng)人工生命體征監(jiān)測會有延遲性，對于生命體征異常的老人，錯過了救治時間，就可能有生命危險。因此需要實時生命體征監(jiān)控，若發(fā)現(xiàn)異常，則自動撥打緊急電話，爭取治療時間。
3．3自動呼叫服務需求
發(fā)生突發(fā)危急情況時，老人無法自己尋求監(jiān)護人員的幫助，而造成悲劇的發(fā)生;因此需要自動呼叫服務，及時通知監(jiān)護人員?；蛟谏w征監(jiān)控出現(xiàn)異常時，腕帶自動發(fā)出警報，呼叫緊急聯(lián)系人，采取及時措施。
3．4改善體感舒適度服務需求
為改善體感舒適度，老人需要合適的室內(nèi)溫度和濕度。例如冬天，老人需要較高的室內(nèi)溫度的同時，也要保證室內(nèi)不會過于干燥;而夏天，則需要較涼爽的室內(nèi)溫度，以及較低的濕度，從而保證老人生活質(zhì)量。
4各組成部分詳細設計
4．1客戶端腕帶設計
4．1．1老人定位設計
可用的技術為GPS定位技術、RFID定位技術和Wi-Fi定位技術，接下來詳細分析對比其優(yōu)缺點，采取更優(yōu)設計于老人定位。(1)GPS定位技術。GPS是一種衛(wèi)星導航系統(tǒng)，能夠為地球表面的客戶提供實時準確的位置服務。它的系統(tǒng)包括24顆均勻分布在6個軌道上的衛(wèi)星。用戶設備利用自身內(nèi)嵌計算機對捕獲的數(shù)據(jù)進行定位計算，從而獲取用戶所需的地理位置信息。GPS定位系統(tǒng)具有全球全天候定位、定位精度高等特點，被廣泛的應用于定位服務。(2)REID定位技術。RFID定位的基本原理是，通過一組固定的讀寫器讀取目標RFID標簽的特征信息，采用接收信號強度法確定標簽所在位置。這種技術作用距離短，一般最長為幾十米。但它可以在幾毫秒內(nèi)得到厘米級精度信息，且傳輸范圍大，成本較低。由于其非接觸和非視距等優(yōu)點，可望成為優(yōu)選的室內(nèi)定位技術。(3)Wi-Fi定位技術。Wi-Fi定位采用“近鄰法”，最靠近哪個基站，即認為處在什么位置，如附近有多個信源，則可以通過交叉定位，提高定位精度。由于Wi-Fi已普及，因此不需要鋪設專門的設備用于定位。用戶在使用智能手機時開啟Wi-Fi、移動蜂窩網(wǎng)絡，就可能成為數(shù)據(jù)源。該技術具有便于擴展、可自動更新數(shù)據(jù)、成本低的優(yōu)勢。(4)定位設計方案。綜合考慮所述三種定位技術對比分析:定位范圍方面:GPS覆蓋全球，定位范圍較廣，適合于室外定位;而RFID和Wi-Fi定位技術定位范圍較小，一般在幾十米之內(nèi)有效，適合于室內(nèi)定位。精準度方面:GPS衛(wèi)星信號提供實時準確的位置，但由于室內(nèi)墻壁的遮擋，GPS模塊接收衛(wèi)星訊號困難，無法實現(xiàn)精確定位;RFID可以在幾毫秒內(nèi)得到高精度信息;Wi-Fi熱點受到周圍環(huán)境的影響比較大，精度較低。成本方面:GPS定位系統(tǒng)在幾萬上下不等;RFID標識的體積較小，造價較低;由于Wi-Fi已普及，因此不需要鋪設專門的設備用于定位，具有成本低的優(yōu)勢。據(jù)此，本設計采用了室外GPS定位和室內(nèi)RFID定位相結合的定位設計方案。老人的腕帶內(nèi)集成GPS定位模塊和RFID電子標簽，并設置室外和室內(nèi)模式。置為室外模式時，GPS模塊激活，通過GSM模塊提供的GPRS數(shù)據(jù)傳輸功能將老人所在的經(jīng)緯度信息發(fā)送回終端，實現(xiàn)室外定位功能;置為室內(nèi)模式時，RFID電子標簽與養(yǎng)老院內(nèi)的讀寫器進行強度信息傳輸，讀寫器將定位數(shù)據(jù)通過無線數(shù)據(jù)采集終端發(fā)送到監(jiān)控終端，實現(xiàn)室內(nèi)定位功能。
4．1．2生命體征監(jiān)控設計
在腕帶中集成測量體溫、血壓、心率傳感器模塊，采集生命體征數(shù)據(jù)，信息傳遞可采用ZigBee或者GSM通信模塊。GPRS網(wǎng)絡屬于網(wǎng)絡運營商，用戶需要支付使用費，而Zigbee網(wǎng)絡是用戶自建網(wǎng)絡，不需要支付任何費用;GPRS移動網(wǎng)基站結構復雜，價格昂貴，Zigbee網(wǎng)絡主節(jié)點結構簡單，體積小，安裝維護簡單方便，且每一個主節(jié)點自身就可以當作為網(wǎng)絡終端使用。因為發(fā)送腕帶所采集的數(shù)據(jù)需要固定發(fā)送周期時間，且發(fā)送距離較近，數(shù)據(jù)量較少，因此從傳輸效果和經(jīng)濟成本來看，ZigBee會是更佳的選擇。它時延短，網(wǎng)絡速度快，可以使終端實時的監(jiān)控老人生命體征的變化;網(wǎng)絡容量更大，發(fā)射功率低，自然將對老人的輻射危害降到最低，安全、可靠。
4．1．3自動呼叫設計
在腕帶中集成GSM通信模塊，利用其語音通話功能提供一鍵呼叫功能。在生命體征監(jiān)控中，出現(xiàn)異常時，腕帶自動發(fā)出警報，提醒緊急聯(lián)系人，采取緊急措施;或者在老人有特殊需求或在緊急情況下，一鍵呼叫院方。
4．1．4改善體感舒適度設計
在腕帶中集成紅外線模塊，與老人所在寢室的加/抽濕器、空調(diào)固定識別匹配，一方面老人可以通過腕帶界面自主地調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度與濕度，另一方面可以終端可以通過得到的室內(nèi)反饋智能調(diào)節(jié)溫度和濕度。
4．2終端設計
4．2．1數(shù)據(jù)庫設計
終端需要數(shù)據(jù)庫來記錄老人的個人ID、身體健康狀況等信息。本文采用MySQL，根據(jù)基本的需求圖建立數(shù)據(jù)庫。
4．2．2數(shù)據(jù)提取分析
根據(jù)數(shù)據(jù)庫中存儲的一定時間段內(nèi)的生命體征數(shù)據(jù)，輸入到健康分析神經(jīng)網(wǎng)絡模型中，判斷老人近期的健康情況如何。根據(jù)輸出結果生成相應的健康說明書供院方參考。
4．2．3Web前端設計
在數(shù)據(jù)存儲后，利用HTML等Web技術進行前端開發(fā)，顯示監(jiān)控數(shù)據(jù)、老人方位、室內(nèi)舒適度等情況。
5總結
隨著我國人口60歲及以上數(shù)量達到2．41億，占總人口17．3%，越來越多的老年人將選擇養(yǎng)老院。因此完善養(yǎng)老院的管理問題成為一個亟待解決的問題。在這樣的背景下，本文將物聯(lián)網(wǎng)技術應用到養(yǎng)老院中來，設計了一套養(yǎng)老院管理系統(tǒng)，在保證老人生活質(zhì)量的同時，也降低了人工看護成本。本設計基于物聯(lián)網(wǎng)技術的養(yǎng)老院管理系統(tǒng)，是由客戶端腕帶、監(jiān)控終端兩大部分組成。腕帶通過集成GSM通信模塊、GPS模塊、紅外線模塊、傳感器模塊實現(xiàn)了對老人的安全定位、信息采集等功能;終端通過數(shù)據(jù)庫和Web前端實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的存儲、數(shù)據(jù)科學分析、顯示等功能。本文設計的養(yǎng)老院管理系統(tǒng)仍存在不足，目前更多是從物質(zhì)方面去保證老人的生活安全與質(zhì)量，但無法滿足老人的心理與情感需求。
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作者：張袁 陸建華 余仔涵 單位：河海大學常州校區(qū)