獨(dú)居老人服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

崔軍磊+陳文浩+王棚+程志遠(yuǎn)

摘要：隨著老齡化社會(huì)的來臨，空巢老人的數(shù)量越來越多。針對(duì)這一問題，該文介紹一套以AT89C52單片機(jī)為控制器結(jié)合無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的獨(dú)居老人服務(wù)系統(tǒng)。系統(tǒng)主要包括防盜防災(zāi)、照明、生命體征檢測(cè)和吃藥提醒功能。各部分間采用“單片機(jī)+無線模塊”方式進(jìn)行通信，可以避免對(duì)房間既有線路進(jìn)行改造。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單方便，具有較好的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：獨(dú)居老人；服務(wù)系統(tǒng)；單片機(jī)；無線模塊

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）34-0222-02

Abstract： With the coming of the aging society， the number of empty nest elderly is increasing. Aimed at this phenomenon， the paper introduces a in-home elderly service system Based on AT89C52 and wireless data transmission. The system mainly comprises anti-theft and disaster prevention， lighting， vital signs detecting and medication reminder. Each part uses the "MCU + wireless module" mode to communicate each other， which can avoid the transformation of the existing line of the room. The whole system is simple and convenient， which has good practical value.

Key words： Empty nest elderly； Service system； MCU； Wireless module

1 概述

人口老齡化現(xiàn)象在我國(guó)不斷加劇， 到2051年，國(guó)內(nèi)每3個(gè)人中就有1個(gè)是老年人[1]。更令人擔(dān)憂的是，國(guó)內(nèi)獨(dú)生子女家庭越來越多，未來將會(huì)出現(xiàn)一對(duì)夫妻要照顧4位老人的局面，這位家庭和社會(huì)的養(yǎng)老負(fù)擔(dān)帶來了巨大的壓力。如今，都市青年人群工作壓力大，難以分心照顧老人；而農(nóng)村的青年群體外出打工者居多，更沒有條件和時(shí)間顧及留守的老人。在這種情況下，如何在日常生活持續(xù)照顧和監(jiān)護(hù)老人的生命財(cái)產(chǎn)安全就是亟待解決的問題[2]。

在這樣的背景下，本文介紹一款獨(dú)居老人服務(wù)系統(tǒng)，可以為老人提供防盜防災(zāi)、夜間照明、遠(yuǎn)程生命體征檢測(cè)和吃藥提醒等生活和健康監(jiān)護(hù)服務(wù)。是獨(dú)居老人居家生活的好幫手。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)由主控、門窗防盜、防火、下雨提醒、吃藥提醒模塊和遠(yuǎn)程生命體征檢測(cè)組成。由于老人獨(dú)自在家，財(cái)產(chǎn)安全是系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)不可忽視的重要環(huán)節(jié)，防盜防災(zāi)必不可少。很多老人有行動(dòng)不便的情況，日常生活的方方面面都不方便，所以系統(tǒng)設(shè)計(jì)了夜間照明和下雨提醒的功能。另外，老人的健康是親屬關(guān)心的重點(diǎn)，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了遠(yuǎn)程生命體征檢測(cè)，隨后將重點(diǎn)介紹。圖1為系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖。

2.1 系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸

老人生活的房屋大多有了一定的房齡，如果為了安裝本系統(tǒng)而對(duì)房屋內(nèi)既有的線路進(jìn)行改造明顯不具有可行性，所以本系統(tǒng)采用無線方式進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸。無線模塊采用nRF24L01無線收發(fā)一體芯片。該芯片工作在2.4GHz頻段，同時(shí)支持多點(diǎn)間通信，滿足本系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求[2]。

主控采用“單片機(jī)+顯示屏+nRF24L01”的方式；防盜防災(zāi)、下雨提醒、吃藥提醒這些功能模塊采用“單片機(jī)+傳感器+nRF24L01”的方式。此種數(shù)據(jù)傳輸方式功耗低且易于安裝，使系統(tǒng)實(shí)用性得到很大提升。圖2是系統(tǒng)所用nRF24L01模塊實(shí)物圖。

2.2 功能模塊設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能模塊主要包括有門窗防盜、防火、下雨提醒、夜間照明和吃藥提醒。為驗(yàn)證系統(tǒng)可行性，開發(fā)了一套簡(jiǎn)易設(shè)備來模擬系統(tǒng)運(yùn)行。

門窗防盜模塊采用HC-SR505人體感應(yīng)模塊，模塊有三個(gè)I/O，分別是電源正極、電源負(fù)極和輸出信號(hào)。工作電壓范圍為直流4.5V～20V，最大感應(yīng)距離為3米。當(dāng)人體進(jìn)入其感應(yīng)范圍則輸出高電平、人離開其感應(yīng)范圍則輸出低電平。

防火功能使用火焰?zhèn)鞲衅髂K，模塊有三個(gè)I/O，分別是電源正極、電源負(fù)極和輸出信號(hào)。工作電壓范圍為直流3.3V～5V，可以檢測(cè)波長(zhǎng)在760nm～1100nm的光源。當(dāng)感應(yīng)到火焰時(shí)則輸出高電平、否則輸出低電平。

下雨提醒功能使用雨水感應(yīng)傳感器模塊，模塊有四個(gè)I/O，分別是電源正極、電源負(fù)極和數(shù)字開關(guān)量輸出信號(hào)（DO）和模擬量輸出信號(hào)（AO）。工作電壓范圍為直流3.3V～5V，感應(yīng)板上沒有水滴時(shí)，DO輸出為高電平，當(dāng)感應(yīng)到水滴，DO輸出低電平。AO口用來感應(yīng)器雨量的大小。

夜間照明功能是為了老人可以在停電的夜晚通過主控板就可以打開房間內(nèi)的照明節(jié)點(diǎn)。選用E10螺口LED小燈泡，工作電壓直流4V-5V。將燈泡與5V繼電器模塊連接，可由主控板無線控制其開關(guān)。

吃藥提醒功能由DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊提供計(jì)時(shí)功能。因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)生活中不同種類藥物的服用間隔不定，該功能可由用戶設(shè)置定時(shí)時(shí)長(zhǎng)。當(dāng)?shù)匠运帟r(shí)間時(shí)，該功能模塊可使蜂鳴器報(bào)警并由無線模塊通知主控板吃藥時(shí)間到。

2.3 遠(yuǎn)程生命體征檢測(cè)

對(duì)于獨(dú)居老人的親屬子女來說，老年的身體健康總是他們關(guān)心所在。而老年人免疫力低下，這就需要在日常生活中連續(xù)監(jiān)測(cè)老年人的身體狀態(tài)。本系統(tǒng)以體溫檢測(cè)為例，探索此種遠(yuǎn)程體征檢測(cè)模式。

首先進(jìn)行體溫采集，體溫采集使用DS18B20溫度傳感器。DS18B20模塊的測(cè)溫范圍為-55～+123攝氏度，在-10～+85的范圍內(nèi)，測(cè)溫精度為±0.5攝氏度[4]。

當(dāng)采集到溫度之后，由SIM900數(shù)據(jù)傳輸模塊將溫度以短信的形式發(fā)送給社區(qū)醫(yī)院或者老人的親屬。圖4是SIM900數(shù)據(jù)傳輸模塊實(shí)物圖，圖5是接收端效果圖。

2.4 系統(tǒng)總體運(yùn)行

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)流程如圖6所示，當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，首先通過各功能模塊的傳感器判斷有無需要處理的情況發(fā)生，當(dāng)傳感器被觸發(fā)時(shí)，功能模塊即報(bào)警并通知主控模塊，當(dāng)用戶得知情況并已處理完成時(shí)可以恢復(fù)系統(tǒng)至初始狀態(tài)。

以著火和下雨為例，圖7展示了系統(tǒng)運(yùn)行的效果。當(dāng)初始化后，主控顯示”ready”狀態(tài)，當(dāng)著火和下雨時(shí)，系統(tǒng)顯示“fire”和”rain”。

3 結(jié)論

本文介紹了一個(gè)基于單片機(jī)的獨(dú)居老人服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)運(yùn)用無線模塊傳輸數(shù)據(jù)，使系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)單方便。同時(shí)，以體溫檢測(cè)為例，探索了遠(yuǎn)程醫(yī)療的實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)整體價(jià)格低廉，使用方便，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 姚從容，李建民.人口老齡化與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平：國(guó)際比較及其啟示[J].人口與發(fā)展，2008， 14（2）：80-87.

[2] 張斌彪. 老人遠(yuǎn)程看護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[D]. 吉林大學(xué)， 2015.

[3] 廖平， 喬剛. 基于nRF2401的近距離點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)無線通信系統(tǒng)[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù)， 2006， 29（11）：18-20.

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