獨居老人無線監護系統的設計研究

摘要：近年來，我國國民經濟發展迅速，人口流動性日益增強，圍繞當代社會獨居老人監護問題，筆者進行獨居老人無線監護系統的設計研究，該系統基于ZigBee網絡實現數據采集、信息傳輸，基于LabVIEW平臺進行數據分析處理、識別報警終端節點、發布求助信息，使得社區能夠統一監護、管理獨居老人，具有一定的社會價值和經濟效益。

關鍵詞：獨居老人 跌倒監測 監護 LabVIEW ZigBee

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）10-0154-01

1 系統總體設計

獨居老人無線監護系統由三部分構成，包括終端節點、ZigBee網絡和社區監護中心。

（1）終端節點，該部分構成模塊分別是RFID門禁模塊、ZigBee模塊、移動式監護儀以及智能家居傳感器，主要用于老人身體狀況和室內監護的數據采集，通過單片機進行處理最終借助ZigBee模塊傳送至無線通信網絡。

（2）ZigBee網絡，該網絡與用戶端的ZigBee節點一起實現用戶端將數據傳送給社區監控中心的功能。

（3）社區監護中心，該上位機系統基于LabVIEW平臺，利用RS232串口能夠確保中心可以實時接收各用戶單元所傳輸過來的數據，此外，還能夠對各用戶的情況進行存儲、顯示，如果出線異常狀況，該系統會自發發出警報，通知監護人員及時進行獨居老人現狀確認，如發現該獨居老人確實出現意外，將及時聯系醫護人員進行處理。

2 系統硬件設計

2.1 用戶端

（1）環境溫濕度檢測儀與燃氣檢測儀。人的一生隨著年齡增長，其嗅覺、聽覺、視覺均會出現退化，老年人記憶力不斷下降，通常難以敏銳地察覺室內的安全隱患，因此將燃氣監測模塊和環境濕溫度模塊安裝在獨居老人家中的廚房，能夠起到監測室內安全與否。該獨居老人無線監護系統采用設備型號為DHT11和MQ-2安裝在廚房進行實時監測，這兩個模塊均能支持ZigBee協議的CC2430作為核心芯片。

（2）移動式監護儀。移動式監護儀作為獨居老人無線監護系統的終端節點，以STM32為核心，通過配備脈搏傳感器、加速度傳感器、報警按鈕以及無線發射模塊，能夠起到隨時隨地進行獨居老人的行為與健康監控，如出現跌倒等問題，還能夠及時向中心求助報警。首先，針對檢測獨居老人跌倒問題主要采用MPU6050即加速度傳感器來實現，通過構建空間坐標軸檢測人的加速度狀態，當人行走或直立狀態下，x、y坐標軸的加速度均接近0，z軸加速度數值接近g；一旦人處于摔倒狀態，則x、y、z三個坐標軸均會出現明顯的數值變化。因此，可以實現設定閾值，并將實時監控數據與之對比，從而檢測獨居老人是否跌倒；脈搏傳感器（pulse sensor）是一款用于脈搏心率測量的光電反射式模擬傳感器，將其佩戴于手指或耳垂處，通過單片機處理可將采集到的模擬信號轉化為數字信號并得到人體的心率數值；報警按鈕用來處理緊急事件，當突發疾病或有意外發生時，老人可以通過監護儀上的緊急報警按鈕主動向小區監護中心發出報警求助信號；無線收發模塊NRF24L01外形小巧，作為無線發射模塊，可以減小監護儀的體積，更加便于攜帶，它將監護儀采集到的數據發送給與ZigBee節點相連的無線接收模塊，再通過ZigBee節點傳送到ZigBee網絡中，從而實現無線傳輸的目的。

（3）入戶門禁模塊。該模塊安裝于獨居老人門上，其構成為讀卡器、射頻卡、ZigBee模塊以及電磁鎖等組成。其功能具體體現在以下幾方面，首先，當用戶進入獨居老人的家中，因為讀卡器附近有射頻卡，因此讀卡器能夠迅速讀取ID卡號，并將其傳輸到CC2430芯片中，該芯片將會進行進門權限卡號的處理工作，并決定是否為該用戶開啟電磁鎖。此外，如果獨居老人向社區中心求助報警，那么門禁模塊將會接收到獨居老人監護中心發送過來的指令，將其列入門禁白名單，監護人員能夠隨時隨地進度獨居老人家人為期提供救助。

2.2 ZigBee通信網絡

ZigBee技術作為一種成本低、功耗低、短距離、速率低、繁瑣程度弱的雙向無線通訊技術，十分適用于獨居老人無線監護系統的設計。在該獨居老人無線監護系統的ZigBee網絡中，路由器節點將會接收到每個終端節點傳送過來的監護數據，根據算法采取最適合的通信路徑，借助其他路由器節點將數據輸送到協調器，而該協調器則借助PC機和RS232串口達到無限數據傳輸的目的。

3 獨居老人無線監護系統的軟件設計

3.1 下位機軟件設計

基于Z-Stack協議，進行完整網絡的組建，該部分的軟件設計包括協調器的網絡配置與數據傳輸程序以及ZigBee網絡中終端節點的數據采集程序。

3.2 上位機軟件設計

獨居老人無線監護系統基于LabVIEW平臺設計上位機程序實現社區監護中心求助記錄查詢、用戶信息管理、監視傳感器節點等多個部分，極大程度地壓縮開發獨居老人無線監護系統的時間。借助VISA節點和串行接口儀，獨居老人無線監護系統的LabVIEW平臺能夠與之進行通信。其中，需要確認串口的參數配置是否與儀器一致，如果不是，那么無法實現正確通信。接著，進行緩沖區字節的讀取，基于原先就設定好的傳輸協議，高效地提取相關節點的數據信息并進行相應處理。以獨居老人心率值為例，如果該數據超出某個設定值，那么社區監護中心人員將會接收到該用戶所發出的求助信息。此外，通過讀取數據庫實現該系統的用戶信息管理、社區監護中心求助記錄、閾值設置等多項功能。借助LabSQL訪問包，LabVIEW能夠將相關信息存儲到Access數據庫，以便于獨居老人監護系統中心人員能夠隨時查詢、調用相關信息。

4 結語

本文圍繞硬件設計和軟件設計進行獨居老人身體狀況、室內安全情況進行監測，最大限度保障獨居老人的安全，該獨居老人無線監護系統設計符合設備智能化、自動化的發展趨勢，具有一定的社會價值和經濟效益。

收稿日期：2016-09-06

作者簡介：周達（1980—），男，浙江余姚人，研究生，工程師，研究方向：控制工程。