基于SIM5320的老年人遠程監護系統設計與研究

吳 響,毛亞青,趙 強

（醫學信息學院，徐州醫學院，江蘇徐州，221000）

基于SIM5320的老年人遠程監護系統設計與研究

吳 響,毛亞青,趙 強

（醫學信息學院，徐州醫學院，江蘇徐州，221000）

隨著人口老齡化進程的不斷推進，老年人的健康安全監護問題日益成為人們關注的話題。為了對老年人的位置及健康狀況進行遠程、實時的監控，本文結合GPS衛星定位技術、GPRS通信技術、傳感器技術、物聯網技術設計了一種以STM32為主控制器，搭載脈搏傳感器，用SIM5320作為無線定位和網絡傳輸器件的老年人遠程監護系統。測試表明，系統采集信號穩定，定位精度準確，符合老年人監護的實際應用需求。

SIM5320；GPS定位；GPRS網絡；STM32；老年人監護

0 引言

進入21世紀以來，我國人口老齡化問題不斷加重。據統計,目前我國的人均壽命在75歲左右，預計到2050年我國老年人口的總數將占我國人口總數的25.5%。隨著中國的獨生子女日益增多，子女贍養老人的負擔也越來越重，繁重的工作競爭壓力使得子女對老人無暇顧及。同時，一些老年人生活觀念發生轉變，不再和子女住在一起，許多老年人家庭變成了空巢家庭或獨居家庭。在這樣的背景下，探索新的老年人監護模式刻不容緩。

為此，本文提出了一種基于SIM5320的老年人遠程監護系統，該方案實現對老年人進行實時的遠程定位、追蹤，采集老年人的心率數據，監測異常時發送警報等功能。使得家屬或監護人員通過遠程監護終端即可實時獲取老年人的位置、心率數據等信息，為老年人的日常監護提供便利，為老年人的健康保駕護航。

1 系統總體設計

系統共包括感知節點、數據服務中心、PC監護終端和手持監控終端，系統的總體架構如圖1所示。感知節點以腕帶的形式安置在老年人手腕處，通過GPS技術和傳感器技術獲取實時定位信息及老年人的脈搏等體征狀況，利用GPRS網絡為介質傳輸到數據服務中心；服務器接收到老年人的相關實時數據并進行分析、處理和存儲；遠程監護終端實現向家人或監護人員提供老年人的實時位置和脈搏狀況，并在老年人出現異常狀況時發出警報。

2 感知節點硬件設計

老年人監護感知節點由主處理器模塊、電源驅動電路、無線GPS定位及GPRS通信模塊、LCD模塊、脈搏傳感器、傳感器驅動模塊等構成。感知節點以ARM公司Cortex-M3內核的STM32F103VET6作為處理器，控制定時接收傳感器采集的信號，通過調理電路和傳感器驅動模塊獲取到可使用的數字信號并同時獲取GPS衛星定位數據，STM32通過GPRS網絡將數據傳輸到遠程數據服務器。感知節點同時可以響應按鍵事件，將環境監測數據實時地在本地液晶上顯示。其硬件結構框圖如圖2所示。

圖1 系統整體框架Fig.1 The overall framework of the system

圖2 感知節點硬件框架Fig.2 Hardware framework of the node for monitoring

圖3 無線定位及通信模塊結構框圖Fig.3 Block diagram of wireless location and communication module

圖4 感知節點軟件工作流程圖Fig.5 Software workflow diagram of Sensor node

2.1 脈搏傳感器模塊

感知節點采用SC0073動態微壓傳感器，它是一種高性能、低成本的壓電式小型壓力傳感器，采用壓電薄膜作為換能材料，動態壓力信號通過薄膜變成電荷量，再經傳感器內部放大電路轉換成電壓輸出。SC0073傳感器具有靈敏度高、沖擊波能力強、抗過載、抗干擾性好、操作簡便、體積小、重量輕、成本低等特點，這些優良特性使其在腕帶式脈搏采集的過程中具有極佳的表現。

2.2 無線定位及數據通信模塊

與以往GPS模塊和GPRS模塊分開的定位系統相比，系統采用無線模塊提供商SIM公司(SIMCom)推出的3G/ HSDPA模塊SIM5320，SIM5320內嵌GPS和A-GPS，提高了系統的可靠性，該模塊為SMT封裝，尺寸緊湊、厚度超薄，從而縮小PCB設計的尺寸。STM32F103單片機通過串口通信與SIM5320模塊進行數據傳輸，使用標準的AT命令控制GSM模塊實現各種無線通信功能。如圖3為無線定位及通信模塊的結構框圖。

3 感知節點軟件設計

系統選用μC/OS-II作為感知節點的軟件平臺，首先初始化硬件資源，實現定時器、數模轉換器等模塊初始化；下一步進行μC/OS協議棧的初始化，同時配置系統任務并啟動μC/OS；然后開啟采集脈搏數據任務、獲取GPS衛星定位數據、與服務器進行GPRS數據通信的任務。感知節點采用UDP的方式與數據服務中心之間進行數據傳輸，將采集到的GPS衛星定位數據、脈搏數據、當前時間和節點編號一同發送至服務器。節點通過周期性喚醒采集的方式進行工作，一般處在休眠狀態下，在定時器到達時進行相關采集、通信工作，從而降低了節點的功耗。具體工作流程如圖4所示。

4 結語

本文設計了一套基于GPS衛星定位技術和GPRS網絡通信技術的老年人遠程監護系統，實現了老年人的家屬或監護人員對老年人實時位置和脈搏數據的實時監控，利用廣泛應用、覆蓋范圍廣的3G網絡傳輸數據，從而使數據得以有效、穩定的傳輸；利用周期性喚醒的監測運行方式，極大地降低了節點的功耗；利用GPS、GPRS二合一的無線模塊，提高了系統的統一性并極大地縮小了感知節點的尺寸。本系統在實際批量使用過程中發現系統在采集老年人脈搏數據和定位信息方面準確度良好，UDP收包率較高，符合實際應用的需求。課題下一步將擴展系統的應用范圍，降低節點的功耗并提升系統的穩定性，同時研究如何利用數據挖掘技術將海量的老年人監護數據進行分析和預測，實現更進步的老年人健康監護。

Design and Research of Remote Monitoring System for the Elderly Based on SIM5320

Wu Xiang,Mao Yaqing,Zhao Qiang
（School of Medical Information，Xuzhou Medical College,Jiangsu Xuzhou,221000）

With the continuous development of the aging population, safety and health care for the elderly is gradually becoming a topic of concern.In order to carry out the remote and real-time monitoring of position and health status of the elderly, this paper designs a remote monitoring system of the elderly, which is based on GPS technology, GPRS communication technology, sensor technology and the Internet of things technology.The system takes STM32 as the main controller, carries the pulse sensor, uses SIM5320 as the wireless localization and the network transmission device.The test shows that the system is stable and the positioning accuracy is accurate, which is in accordance with the actual application of the elderly monitoring.

SIM5320; GPS location; GPRS network; STM32; Elderly care