便携式老人智慧监护系统的设计

鹿珍珍 孙宇 赵汉卿 杨晨 巩秀钢

【摘 要】我国正在进入老龄化社会，老年人比例日趋增加，同时其子女大部分选择异地工作和生活，致使“空巢”老人数目增多，且老年人行动不便，易发生意外。在研究了Grandcare和GPS鞋等产品之后，设计了一款能实时监测老人生理状况和运动状况的智慧监护系统，可将采集的状态信息传输到服务端，并且利用GPS定位实时显示老人位置信息，方便老人和其子女通过WEB和APP查询；如果老人生理参数异常或者跌倒，系统可及时做出反应。该系统能够解决老人行动安全问题，同时减轻家庭和社会的负担，提高家庭幸福度。

【关键词】实时监测；智慧监护；GPS定位；跌倒

中图分类号：TN931.3 TP311.1 TP368.1 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）33-0045-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.33.019

【Abstract】China is entering an aging society， and the proportion of the elderly is increasing. In addition， most of their sons and daughters choose to work and live in other places， leading to an increase in the number of "empty nesters"， and the elderly are prone to accidents. After studying Grandcare and the GPS shoes， an intelligent monitoring system that can monitor the physiological condition and exercise status of the elderly.The collected status information can be transmitted to the server， and the position information of the elderly can be displayed in real time by using GPS positioning. Its convenient for users to check through WEB and APP； If the elderly have an abnormality or fall down， the system can respond in a timely manner. The system can solve the safety problem of the elderly， reduce the burden on families and society， and improve the familys well-being.

【Key words】Real-time monitoring； Intelligent monitoring； GPS positioning； Fall down

0 引言

目前，我國老龄化趋势已经十分明显，老人人口数量的急剧增加给社会和家庭带来了巨大的压力。如何减轻子女和社会的负担并且让老人幸福地度过晚年，已经成为社会各界最关注的问题。中老年人在身体健康领域是个“弱势群体”，随着年龄的不断增长，身体的各种机能也开始逐渐下降，免疫力随之降低，导致各种疾病的患病率增长幅度加快[1]。老年痴呆、糖尿病、心血管疾病、脑梗塞等都是老年群体中常见的疾病，由于自身疾病或者外界的影响，老年人常会发生意外，不仅对自身安全也造成危害，且给子女带来负担。

便携式老人智慧监护系统可以代替子女行使部分监护行为，目的在于减少老人因意外事故造成的伤害，避免这类悲剧的发生。该系统比传统的监护体系更高效、精准以及人性化。

1 系统组成

本系统是由STM32单片机、MAX3010心率血氧模块、MPU6050跌倒检测模块、ESP8266 WIFI无线模块、北斗定位模块、GSM模块等部分组成。

本系统是由STM32单片机为主控板，通过MAX30102传感器完成对老人心率、脉搏等基本生理参数的检测，并且将所采集到的数据上传到服务端。通过MPU6050传感器对老人跌倒状况进行检测，具体检测过程如下：老人跌倒时，身体会向某一个方向倾倒，身体的重心也会随之移动，同时在倾斜方向上出现很大的加速度变化，通过三轴加速度传感器可实时获得身体X，Y，Z三个方向的加速度值，与事先设定的各方向的阈值比较，再结合身体的角度信息即可判定是否发生跌倒。同时系统采用ATK-S1216F8-BD GPS/北斗模块来实时检测老人所处的地理位置，当系统检测到老人生理参数异常或跌倒时，报警信号会以短信形式将老人的位置以及其他生理参数传到与系统绑定的手机上。

2 系统硬件设计

2.1 跌倒检测设计

2.1.1 跌倒检测原理

为了辨别跌倒和老人日常动作的差异，需要对常见动作进行分析，以便提高系统跌倒检测的准确度。人的活动可分为：走路；躺下；跑步；坐下；起立以及跌倒等。

老人发生跌倒前的状态，大多数是在直立行走或者站立的时候。跌倒检测系统的关键在于分清跌倒与ADL，根据跌倒的方向可以将跌倒分为三类：向前跌倒、向后跌倒和侧向（向左或向右）跌倒[2]。

在跌倒时 GSM模块能够及时准确地发送报警短信到指定联系人，向他们求救。MPU6050传感器模块采集人体的加速度值，通过 SDA 接口传送到 STC12C5A60S2 单片机中，单片机接收到加速度数据后，运行存储在单片机ROM存储器中的跌倒检测系统算法，如果判断出跌倒发生就产生一个中断，该中断函数激活GSM模块发生一条报警短信到被绑定的手机中求救，并且该中断函数也将激活[3]。

2.1.2 跌倒检测算法

2.3 GSM报警及北斗定位设计

GPS/北斗模块，是 ALIENTEK 生产的一款高性能定位模块，可以实现精准定位，并将信息反馈到WEB端和APP端，当老人的生理参数发生异常或者被判定为跌倒时，系统不仅能向紧急联系人发送短信或者拨打电话，还可以通过蜂鸣器向周围人群求助，实现突发情况的第一时间救助，保障老人的安全。

3 系统软件设计

3.1 OneNET物联网云平台

本系统利用无线模块作为数据传输终端，基于TCP协议与云平台进行数据交互，将采集到的心率、位置数据上传到OneNET物联网平台进行保存和查看，一旦检測到异常数据，将其反馈到手机APP，由手机APP做出预警。

3.2 基于MUI框架的APP设计

使用HTML5开发的APP存在不同设备终端接入、图形界面差、数据不足等问题，而基于HTML5的跨平台移动开发技术，给出一种利用MUI框架、Ajax技术、5+Runtime就可方便快速地开发跨平台移动应用的方案[5]。此方案可以改善基于HTML5开发的 APP无法调用平台资源的问题，且开发周期短，可以使用户设计的APP体验效果最接近原生。

本系统基于MUI框架设计了一款可跨平台的适合老人和其儿女使用的OldAssist APP。该APP可以显示并更新老人的生理参数和位置信息，方便使用者查看，有利于子女及时了解老人的身体状况。APP部分数据显示如图5和图6。

3.3 MySQL数据库

My SQL因为其自身开源、免费、小巧、高效的特点深受大众的喜爱。对于很多中小应用系统而言， My SQL非常适合作为其数据库服务器软件。它不仅仅支持标准的ANSI SQL， 还能够兼容多种类型的平台在Unix/Linux系统上， My SQL也完全支持多线程操作。My SQL提供了访问权限， 以及建立、删除等一系列操作[6]。

系统使用MySQL数据库来弥补OneNET平台无法提供数据导出服务的不足，在数据上传云平台的同时将数据保存至数据库，实现数据的存储和分析。系统将老人的紧急联系人存储在数据库中，方便调用。图7为存储的某老人紧急联系电话：

4 总结

本系统运用MPU6050传感器及MAX30102传感器等对老人的基本生理参数以及跌倒行为进行监测，实现对老年人的心电、心率等生理信号的采集，并实时监测老人位置信息，当老人的生理参数发生异常或者跌倒时，发送警报，降低老人突发情况造成的伤害。