基于物联网技术的养老院智能管理系统设计

段昊鹏

（西北大学，陕西 西安 710127）

0 引 言

根据公布的全国第七次人口普查数据统计报告显示，中国总人口141 178万，其中60岁及以上人口为26 402万，占总人口的18.7%；65岁及以上人口为19 064万，占总人口的13.5%。由此可见，中国已经正式步入老龄化社会。养老院将是老龄化社会中不可或缺的基础设施。物联网技术作为现代信息科技产业的第三次革命，通过传感设备、射频识别等技术实现“万物互联”，将所有物体接入网络，能够让社会更加智能、高效。

本文提出了基于物联网技术的养老院智能管理系统，旨在帮助护工人员、老人子女随时随地掌握老人的身体和睡眠情况，进一步改善老人的生活环境，同时加速养老院管理的智能化进程，减少护工人员的工作量。

1 系统设计

1.1 总体设计

基于物联网技术的养老院智能管理系统总体架构如图1所示，主要分为传感网、数据采集部分、智能设备处理部分、云平台服务部分以及APP。传感器部署在智能床垫、消毒装置等设备及房间中，完成相对应数据的采集和功能的实现。数据经过智能设备简单处理之后上传至云平台进行存储和处理，如有异常则通过APP反馈给相关人员。这一过程实时高效，便于实现对于老人的全方位防护、照顾。

图1 系统总体架构

该系统致力于关注老人睡眠、生活环境监测、保护及管理等，为此在本设计中添加了智能床垫，在其中内嵌光纤传感器、温度传感器、压力传感器等，实现对老人睡眠质量的监测、身体体征的监测及其他功能。本设计还添加了智能消毒装置（紫外线消毒灯和传感器）。本设计将烟雾传感器、湿度传感器、温度传感器部署在老人的房间内，如有火灾等突发情况可以报警提示，保证老人的生命安全。本文设计的APP可用来帮助家人和养老院的工作人员实时查看老人的身体情况并及时发现异常。

1.2 智能床垫

智能床垫是养老院智能管理系统的重要组成部分。每个智能床垫与老人及对应的床位配套，可以监测睡眠数据，如心率、体温等。同时还能够检测老人的睡眠质量。很多老人存在一定程度的睡眠障碍，可通过智能床垫获悉老人深睡时长、浅睡时长、翻身次数等数据，以便对老人的睡眠状况有更好地了解。系统所有数据会实时上传至云平台，通过云平台将数据存储后可供自己和家人查看，身体数据若超过健康范围则说明老人的某项指标异常，系统将通知工作人员和家人，确保老人的健康与安全。

智能床垫主要使用传感器来监测数据，如图2所示。光纤传感器通过对光信号进行调解与光电转化后交于计算机进行进一步的处理、转换，最终得到心率、呼吸等数据。测量体温则采用热电偶制成的温度传感器，将所得变量进行相关计算可得出当前老人的体温数据。新型光电传感器通过外光电效应检测血氧饱和度以及血红蛋白浓度。床垫铺设有新型多点压力传感器，传感器可将所受外力转化为电信号。传感器采集压力分布数据以及参数，通过算法精确定位当前老人坐姿或者睡姿位置，动态检测久坐、人体翻身等动作，如果有长时间久坐或者异常翻身等情况出现，则发出警报提醒。

图2 传感器示意图

床头配有的按钮与智能床垫连接，可以紧急呼叫医护人员。床头内嵌有语音提示模块，可通过手机APP设置用药情况，自动提醒老人按时吃药。

1.3 自动消毒装置设计

疫情管控目前仍是生活中的重要部分。对于养老院而言，老人们免疫力弱，很容易受到各种细菌或病毒的攻击而生病。而养老院人员众多，依靠人工消毒工作量极大，因此在养老院智能管理系统中配备自动消毒装置具有重要意义。

自动消毒装置的核心是智能化紫外线消毒灯。紫外线可以杀灭各种微生物，具有很好的消毒防护作用。但紫外线也会杀死正常细胞，老人身体较弱，不宜被直接照射。因此在装置中添加了光电传感器和热释电红外传感器，确保紫外线不会直接照射人体。如果房间中有人，由于光传播的途径发生遮挡，光电传感器的输出值会发生变化；红外传感器包含探测元和透镜，经过设置后可以进行人体红外探测，吸收其他波长的红外光。若传感器探测结果为有人，则紫外线消毒灯停止工作，若传感器探测结果为无人，则消毒灯正常工作。同时消毒灯上装有氮化镓基紫外传感器，该传感器对于自然光无响应，但对于紫外线却非常敏感。通过该传感器可以探测室内紫外光含量，如果低于阈值则正常工作，如果在阈值范围内则停止工作。在自动消毒装置中还嵌有RFID模块，可将每日的消毒记录上传至云平台。系统实现了自动化，无需耗费人力就可以确保老人生活在一个相对卫生且不易感染的环境中。

1.4 APP设计

根据本系统的需要，本文设计了一款APP与系统交互，便于家人查看老人的相关数据。APP分为如下2个模块。

（1）睡眠模块：可以查看老人睡眠时的心率、体温、睡眠质量等数据。

（2）环境模块：可以查看房间今日的温度、湿度数据及消毒情况。

APP开发界面如图3所示。

图3 养老院智能管理系统APP开发界面

1.5 云平台

为了更好地存储和计算数据、提供智能化服务，我们选择将数据上传至云平台。云平台具有计算、存储等功能，设备接入和连接非常方便，运行速度和调取速度快。云平台是数据交互的中心，在各传感器测得对应数据后，将数据传输至云平台的数据库存储，并设定分析算法，从而得到老人当前身体状态信息。老人的家人可以通过系统对应的APP访问系统，得到相应的信息数据和老人的健康状况。当测量的数据不在预先设定的健康范围区间时，云平台会把警报传输到系统中，随即反馈给工作人员和老人家人，确保老人的任何不适都会在第一时间被家人和工作人员知晓。将老人的身体数据存放至云平台可以保证数据的安全性和可靠性，更便捷地对数据进行处理，从而实现对老人更好地看护。

2 结 语

在我国步入人口老龄化社会的背景下，本文尝试从养老现状入手，通过基于物联网技术的养老院智能管理系统，在老人睡眠、生活环境监测、保护及管理等方面进行探索。系统通过传感网采集数据，帮助工作人员和老人家人了解老人的身体状况和生活环境状况。该系统的自动消毒装置和环境监测装置可保证老人居住环境的舒适性与安全性。但系统还有可以完善的空间，如加入可穿戴的便携式监测设备，添加检测老人防跌倒算法等。通过物联网与其他技术相结合的方式可以为养老院提供更加智能化、专业化的服务，提高老人的居住体验。