物联网技术与托老院安全管理系统设计

郑 鑫，王自力

（黄淮学院信息工程学院，463000，驻马店职业技术学院，463000）

0 引言

时代网络技术的不断更新，物联网已经融入到大家的生活当中，现如今，一些托老院的基础设施已经不单单日常起居的基本硬件，我们可以发现，托老院不断的增加老人娱乐设施，如健身场所，运动场地，老人舞蹈培训中心等。但是，随着老年人娱乐活动的增加，照顾老人安全问题也逐渐引起重视，因为活动的范围一经加大，检测老人跌倒等安全问题也随之增加，对于物联网应用系统来说，它是解决老龄化问题的具体方案，通过传感器、射频识别来判断具体情况，实时定位和检测管理，比如整个系统中会体现一些非常实用化的功能，如地图查询、具体事件处理功能、定位功能、无线检测传输，对于老人的实际身体状况也会从数据库或是定位中检测出来，如跌倒、突发状况、身体健康变化。

基于物联网技术的快速发展，在托老院管理系统中，巧妙的通入高新科技技术，用传感器、RFID人员定位系统等传感设备，时时刻刻的对老人日常起居进行监控定位管理，以免造成意外情况的产生，利用物联网的绝对优势，实施网络监测防护，这样，对于托老院来说，也是非常便捷的方法，利用定位系统、传感器来监控托老院整体情况，让一切安全检查工作有条不紊进行，这也是解决当今老龄化问题的网络安全管理政策。

1 托老院安全管理系统主要功能

对于托老院安全管理系统来说，主要分布为两方面功能，监控终端和移动腕带终端。采用成熟的RFID识别技术，利用无线传输功能，在体温、脉搏跳动等感应设计安全管理系统。让老人成为一个网络监测团体，从而组成小型物联网组织，从而实现任人物定位，通过体温脉搏、重力感检测，从而确定老人日常生活的安全状态及所在定位，可以这样说托老院的安全管理系统是一个整体，而在设计上，也要时时刻刻的顾忌实际情况，如今托老院很多系统设计非常的实体化，也很普遍，在此类服务系统或软件中，人性化操作和信息化管理也较为明显。

1.1 安全监测终端服务

监控终端是利用Linux操作系统设计原理完成，Linux操作系统是根据在PXA270平台来进行。一般的检测服务器短共分为人员管理、突发事件处理、语音呼叫项功能。对于托老院人员管理来说，安全系统中的主要工作原理为，在电脑中利用监控终端查到目前老人所定位的分布范围，而此过程中，也要统计每位老人具体身体情况，其中包括体温、脉搏、心率、血压等。突发事件处理是针对于紧急情况的反应与控制，当老人腕带发出警报时，移动腕带终端监测会自动显示老人情况，以便快速处理问题。语音呼叫方便与管理人员在活动范围之内与老人沟通，可以这样说，安全监测终端起到了一个整体控制的作用，这样，就可以清晰的进行分辨和检测。

1.2 移动腕带终端

移动腕带终端是在手腕上为老人佩戴的携带式终端，在这个程序中，主要是在老人身上采集装备各类传感器信息，经此之后由 ZigBee无线发送到安全监测终端。本类程序是根据Linux在操作系统中的英语而成，在 API系统的调用之下，由采用多线程数据处理，从而形成移动腕带终端监测功能。此类模块处于移动模块，而主要功能也分布在以下几个方面，首先，基于老人安全健康状态监测，主要功能为利用腕带上的传感器，随时监测老人身体状况，当其血压、脉搏、体温发生与正常指数而背的变化时，系统将产生提示和警告。其次，发送警报功能，这类功能主要运用于突发类情况，采用监控终端通讯了解突发状况，比如，当老人发生摔倒健康信号异常时，系统就会监测到老人的具体位置和所处状况。最后，采用RFID标签定位功能，此功能的主要原理为，在老人活动范围之内，利用RFID射频识别卡记录所标签信息，找到老人定位。

2 老人管理系统设定

老人管理系统在安全防护中起到非常关键性的作用，其系统大概也分为个人资料、床位标识、外出登记和换房记录等等，是一个老人基本状况的整理统计，可以根据老人系统了解到老人的具体情况和所处分区。

2.1 系统档案

在系统档案里，会清晰的标注老人具体个人信息，其中包括姓名、性别、婚姻状况、儿女联系方式、出生日期、身份证号、工作单位、民族等等，一旦老人出现突发状况之时，系统可自动调试到个人信息这一栏，工作人员也可以马上查询到老人及老人儿女的联系方式，不单单如此，除了老人资料这部分，来增加了儿女资料、担保人信息等等，这都是维护老人安全的基本措施。

2.2 入住、外出及转房登记功能

在输入系统档案之后，老人管理系统会记录老人的入住情况、外出登记和转房登记记录，这三方面主要检测管理老人的居住情况，一旦发生变化之时，就会从系统中明确找到，而托老院的工作人员也会根据老人居住情况来进行监测和看护。老人安全系统是一个整体的管理模块，利用数据库的存储将所有信息加以整合，已经发生改变或其他状况产生时，整个系统也会发生信息变化。

3 关于RFID人员定位设计

3.1 RFID读写器系统设计

在整个RFID人员定位系统中，RFID读写器绝对起到不可替代的作用，可以这样说，此类人员定位器能够让托老院的工作人员明确的知道老人所在位置，这对于托老院的工作人员来说，无疑非常大的帮助。一般情况下来说，即便是面对老人在较远位置之时，只要在系统中设计中的几个检查点中安插RFID读写器，读写器通腕带标签进行定位，从而系统中显示老人具体位置，不过要注意的是，在安装RFID读写器的时候，也要根据其托老院区域而设定。比如分为四区，那么每一区设定RFID读写器，这样系统工作人员就会根据信息的接收来判断具体情况，一般情况下，RFID读写器起到一定的感应作用，也会明显的显示出当前老人所面临的情况，在托老院中，安全系统中会明确的检测到老人所处位置，这样，在短时间内就可解决问题，RFID读写器的工作原理就是根据RFID卡的标签与其一体产生识别功能，当其系统中可看到明显变化之时，就会在定位系统中数据查到。

3.2 RFID读写器工作原理

RFID读写器的核心是有基站芯片和微处理器组成，它的主要作为连接用户主系统的通信作用，可以利用系统命令完成读写器操作，然后将数据返回到处理器系统。对于托老院系统来说，RFID卡在数据通信上有很强的功能，并且传输速率十分快，即便所读写存在一定距离，也可以有效的防止冲突。而对于RFID读写器的工作原理来说，主要是将RFID读写器放在需要监测的位置，当有老人经过RFID卡之时，读取RFID读写器会知道老人位置及健康情况，对于RFID读写器一般放在托老院老人的活动场所，每个设置好的检查点也代表着各个地理为信息，工作人员根据老人所在位置而接收信息。利用RFID标签配置与腕带之中，当老人佩戴此标签时，经所检测的地区，RFID卡会自动读取过路人信息，从而将此发到安全管理系统中断，在此监控领域中便会马上接收信息，表示此区老人的身体状况、是否面临危险等等，当老人从一个活动区域移动另一个区域之时，RFID标签也会随之移动变化。

4 老人跌倒监测功能设计

在很多情况下，托老院的老人在行动和日常生活中，节奏会比较缓慢，所以在生活整个过程中，加速度的矢量相较于年轻人的变化要小很多，因为一般的人加速度都会存在一个恒量值，一旦超出范围之内，就会发现不同，所以根据加速度的矢量来确定老人的加速度是否超出范围，从而行跌倒监测，所以对于跌倒监测功能来说，一般情况下是判断老人是否跌倒等情况，在跌倒监测功能设计上，其基本原理和跌倒监测判断是我们所不能够疏忽的重要点。

4.1 基本实现原理

对于跌倒监测功能，加入的加速度传感器，当拉人身上放有加速度感染器时，我们以加速度的定义为Y轴，当处于静止状态的时候，设置为-1g，同理，设置X和Z轴为加速度曲线，那么正常的静止状态下为零，将其曲线和三个轴加速度的矢量和，设置静止状态+1g，这样就可以正常的分析老人日常生活状态，一旦发生变化，便可充分分析出来。所以，根据X轴、Y轴、Z轴以及曲线所发生的变化从而推断老人具体情况，当一个人处于正常状态之时，那么，曲线状况波动不大，也不会发生太大的变化，一经跌倒之后，曲线和波形相较于之前的正常状态也发生不同，系统工作人员根据所发生变化而进行检测。

4.2 跌倒检测判断

这样，根据跌倒监测工作原理 ，我们也可以从XZY三轴和曲线中了解实际状况，在正常状态之下，老人的动作幅度均属正常，而加速度的变化值也在控制范围之内。不过如果面临跌倒状态也出现几个特征，第一，适中，如果发现失重现象，加速度＜1g,第二，撞击，但身体发生撞击之时，会与地面产生强烈的撞击力，所以合加速的曲线一定会发生变化，也会产生一个变化非常大的曲线波形。第三，老人处于静止状态，对于年轻人来说，跌倒之后会马上站起来，但是其中也会存在一段静止时间，而在曲线中会呈现过渡期，如果这段时间过长，就会从曲线中显示出来。第四，关于矢量曲线，可以比较跌倒前后矢量曲线，这样就会发现变化，因为当人体位置发生偏离，那么所处方向必然和静止状态不同，与原静止状态相比，就能查出老人是否跌倒。

[1］ 马建.物联网技术概论［M］，北京：机械工业出版社，2011。

[2］ 郑和喜.WSNRFID物联网原理与应用［M］，北京电子工业出版社，2010。

[3］ 郑灵翔，北京：等.嵌入式系统设计与应用开发［M］，北京航空航天大学出版社，2006。