基于物联网ZigBee技术的智能社区居家养老系统

仇明

（扬州商务高等职业学校旅游系，江苏扬州225009）

基于物联网ZigBee技术的智能社区居家养老系统

仇明

（扬州商务高等职业学校旅游系，江苏扬州225009）

利用物联网ZigBee技术实现对老人的身体状况、居家安全、环境能耗等方面的智能监测，并实时将这些监测数据传输到社区监护中心，社区监护中心再根据这些实时数据为老人提供相对应的服务，从而形成一个家庭、社区为一体的智能社区居家养老系统。

智能家居；物联网；ZigBee

全国老龄工作委员会办公室对中国人口老龄化的发展趋势进行了专题预测研究，目前我国已经进入快速老龄化阶段。从2001年到2020年，我国每年增加596万老年人口，年均增长速度达到3．28％，大大超过总人口年均0．66％的增长速度，人口老龄化进程明显加快。到2020年，老年人口将达到2．48亿，老龄化水平将达到17．17％，其中，80岁及以上老年人口将达到3 067万人，占老年人口的12．37％［1］。

随着老龄化的加剧和我国独生子女比例的增加，使得传统的家庭养老受到冲击，独生子女的养老负担加重，而中国人家庭伦理观念、养老机构数量较少、费用较高等使得机构养老在现阶段还不能普及，这使得社区居家养老应运而生，其主要有优点在于老人仍旧居住在家中，由子女进行照料为主，社区提供一些必须的服务，比如医疗、安全防护、必要的上门服务等。2012年6月，十一届全国人大常委会第二十七次会议首次审议老年人权益保障法修订草案，明确“养老以居家为基础”［2］。

随着信息化、物联网技术的发展，智能家居得到长足的发展。笔者利用物联网技术构造一个智能社区居家养老系统，由于本系统是为老年人社区居家养老服务的，考虑到老年人的行动能力较弱以及相关突发情况较多的现状，因此本系统在设计时充分考虑到健康医疗、智能安防、能耗控制以及环境远程监测等方面，使得系统能够贴近老年人的生活实际应用，从而使住宅达到健康养老、安全智能、节能舒适的目的。本系统整个结构功能图如图1所示。

室内监测子系统通过传感器将相应的数据传给由ZigBee组成的室内网络，室内网络负责各个子系统之间以及子系统和社区监测中心的连接，ZigBee协调器负责和各个子系统的传感器相连接，而由室内网络的Web服务器通过Internet网卡或者GPRS模块和社区监测中心连接,用户可使用电脑或者手机平板等智能终端设备对住宅进行监控。

1　室内监测子系统

根据实际需求可定义一系列的室内子系统，常见的有：老人健康监测子系统、智能安全防护子系统、环境监测子系统、能耗监测子系统等。

1.1老人健康监测子系统

老人健康监测子系统需要对老年人的身体健康参数进行监测，包括每日例行的血糖、血氧监测，以及不间断的血压、脉搏、心率和心电等的监测［3］。老人通过佩戴相应的监测模块对相应的生命参数进行监测，如血压传感器采用改装HKB-08血压监测模块，脉搏和血氧的监测采用改装CMS60C型脉搏血氧仪监测模块，体温的监测采用HKT-09A数字体温监测模块等。

1.2智能安全防护子系统

智能安全防护子系统分为门禁、监控、报警。门禁用于防止不明身份的人进入；监控用于本人和社区远程了解室内特定区域情况，保留录像备查，起着威慑、监督、取证和管理的作用；报警用于非法入侵、火灾、水电煤气监测等，能够第一时间通知到本人和社区相关人员。

1.3环境监测子系统

本系统能实时采集室内的温湿度、光照强度、空气质量等数据，从而指导家庭中的灯具、窗帘以及空调等设备能够根据室内环境参数的变化进行自动开关、调节。

1.4能耗监测子系统

本系统对家庭所使用的电、水、煤气等资源进行监测，首先监测是否关闭、是否有泄漏等，每月定时将数据汇总传给社区，从而方便老人缴费。

上述这些子系统通过传感器监测相应的数据，然后将数据传给由ZigBee组成的室内网络。

启动传感器子函数如下所示：

读取传感器数值子程序如下所示：

2　室内网络

2.1基于ZigBee技术的室内网络

在室内网络中运用ZigBee技术来进行网络连接，用以接收各个监测子系统的传感器传输过来的数据，由于其具有组网灵活的特点，非常适合在室内使用。ZigBee是一种短距离、接近于蓝牙技术的无线接入技术，其工作频段为2.4 GHz ISM，传输距离为10～75 m，具有低功耗、低速率、低成本、可靠性高、应用简单的特点。ZigBee的技术特性决定了它将是智能与节能养老住宅系统应用中的上佳选择［4］。室内网络中ZigBee网络节点主要分为传感器、信息处理单元、射频收发单元等几个部分。

传感器的作用是采集各个室内监测子系统中要求收集监测的相关数据信息，之后将采集到的数据信息传送给信息处理单元；信息处理单元用于管理本系统中的节点和其他功能模块，以保证各子系统中的功能模块之间能够相互协调地工作，并且可以根据系统要求对传递过来的数据进行读取、删除、保存等处理；射频收发单元则主要用于发送和接收经过信息处理单元处理过的监测数据。比如在老人健康监测的子系统中，相关的传感器接通后会通过ZigBee模块自动寻找室内的ZigBee网络，之后不间断采集传感器所上传的数据，信息处理单元对数据进行处理后，通过射频收发单元传送相关的处理网关，网关实时地将相关数据传给社区的监测系统，一旦发现超过临界值就会报警。

2.2嵌入式Web服务器

本系统中的网关部分主要采用嵌入式Linux平台，因为其源代码开放且稳定性较高，并可根据实际的需求进行精简，集成度高，并且搭载Linux系统的嵌入式处理器耗电量小，符合本系统对能耗方面的要求［5］。本系统网关为嵌入式Web服务器，开机后自动执行主程序，主程序通过makefifo语句创建各个子系统的命名管道。在管道中各程序不间断监测CGI程序中传回的变量的动态值，比如老人健康监测子系统中就不定地检测xueyazhi、maibozhi、tiwenzhi、xueyangzhi等多个变量的动态。当有人通过网页访问网关并发出请求之后，或者相应变量的value值发生变化，通过submit命令传给CGI文件，将变量的vlaue数值写入管道，此时主程序通过switch语句，立刻找到可执行的对应程序，通过接口向ZigBee模块发出数据，完成网关部分的控制功能。网关主程序部分代码如下所示：

在报警程序中，oldcarebaojing表示报警种类，0表示无报警，1表示有报警。Up和Close表示开和关。通过fd=open(“/dev/oldcare_oldcarebaojings”,0)打开设备文件，通过ioctl(fd,up,oldcarebaojing)实现对设备所连接的IO管脚的控制。报警程序代码如下所示：

3　社区监测中心

社区监测中心通过Internet网卡或者GPRS模块和室内网络的嵌入式Web服务器相连接，采用浏览器/服务器模式，主要通过电脑或者智能终端与嵌入式Web服务器建立连接，主要的功能处理都在嵌入式Web服务器上进行，不需要安装专用的软件，从而减少对智能终端资源的消耗，同时服务器易于升级和更新。本系统通过相应的CGI程序实现嵌入式服务器和客户端的交互。CGI程序需要从嵌入式Web服务器提供的环境变量中获得数据。读取数据的部分程序代码实现如下：

4　小结

本系统能够有效降低老人居家养老的风险，能够较好地减轻独生子女及社会的养老负担。在社会老龄化日趋严峻的今天，智能社区居家养老刚刚起步，具有广阔的应用前景，值得我们继续深入研究。

［1］安连朋.洛阳市社区居家养老模式探析［D］.西安:西北大学,2010.

［2］阎青春.解析中国老龄事业发展“十二五”规划［J］.社会福利,2011（12）:13-16.

［3］曹琦.基于ZigBee的社区居家养老系统的研究［D］.西安:西安工业大学,2011.

［4］FAN Debin.The Design and Implementatiup ofa Wireless Remote Image Mupitoring System Based up the ARMand GPRS［J］. Procedia Engineering,2011,24:77-80.

［5］刘文峰,李程远,李善平.嵌入式Linux操作系统的研究［J］.浙江大学学报:工学版,2004（4）:60-65.

【责任编辑：王桂珍foshanwgzh@163.com】

The intelligent community home endowment system based on ZigBee technology of the Internet of things

QIUMing

（Department of Tourism,Yangzhou Commerce Higher Vocational School，Yangzhou 225009,China）

In this paper,we realize the intelligent monitoring of the elderly’s physical condition,home safety and environment energy consumption etc by using the ZigBee technology of Internet of things.And we transmit these real-time monitoring data to the community care center,it provides corresponding service for the elderly according to the real-time data,so we can form an intelligent community home care system.

intelligent home furnishing;the internet of things;ZigBee

TP212.9

A

1008-0171（2015）02-0071-05

2014-06-27

仇明（1981-），男，江苏扬州人，扬州商务高等职业学校讲师。