基于物聯網技術的養老院智能管理系統設計

段昊鵬

（西北大學，陜西 西安 710127）

0 引 言

根據公布的全國第七次人口普查數據統計報告顯示，中國總人口141 178萬，其中60歲及以上人口為26 402萬，占總人口的18.7%；65歲及以上人口為19 064萬，占總人口的13.5%。由此可見，中國已經正式步入老齡化社會。養老院將是老齡化社會中不可或缺的基礎設施。物聯網技術作為現代信息科技產業的第三次革命，通過傳感設備、射頻識別等技術實現“萬物互聯”，將所有物體接入網絡，能夠讓社會更加智能、高效。

本文提出了基于物聯網技術的養老院智能管理系統，旨在幫助護工人員、老人子女隨時隨地掌握老人的身體和睡眠情況，進一步改善老人的生活環境，同時加速養老院管理的智能化進程，減少護工人員的工作量。

1 系統設計

1.1 總體設計

基于物聯網技術的養老院智能管理系統總體架構如圖1所示，主要分為傳感網、數據采集部分、智能設備處理部分、云平臺服務部分以及APP。傳感器部署在智能床墊、消毒裝置等設備及房間中，完成相對應數據的采集和功能的實現。數據經過智能設備簡單處理之后上傳至云平臺進行存儲和處理，如有異常則通過APP反饋給相關人員。這一過程實時高效，便于實現對于老人的全方位防護、照顧。

圖1 系統總體架構

該系統致力于關注老人睡眠、生活環境監測、保護及管理等，為此在本設計中添加了智能床墊，在其中內嵌光纖傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器等，實現對老人睡眠質量的監測、身體體征的監測及其他功能。本設計還添加了智能消毒裝置（紫外線消毒燈和傳感器）。本設計將煙霧傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器部署在老人的房間內，如有火災等突發情況可以報警提示，保證老人的生命安全。本文設計的APP可用來幫助家人和養老院的工作人員實時查看老人的身體情況并及時發現異常。

1.2 智能床墊

智能床墊是養老院智能管理系統的重要組成部分。每個智能床墊與老人及對應的床位配套，可以監測睡眠數據，如心率、體溫等。同時還能夠檢測老人的睡眠質量。很多老人存在一定程度的睡眠障礙，可通過智能床墊獲悉老人深睡時長、淺睡時長、翻身次數等數據，以便對老人的睡眠狀況有更好地了解。系統所有數據會實時上傳至云平臺，通過云平臺將數據存儲后可供自己和家人查看，身體數據若超過健康范圍則說明老人的某項指標異常，系統將通知工作人員和家人，確保老人的健康與安全。

智能床墊主要使用傳感器來監測數據，如圖2所示。光纖傳感器通過對光信號進行調解與光電轉化后交于計算機進行進一步的處理、轉換，最終得到心率、呼吸等數據。測量體溫則采用熱電偶制成的溫度傳感器，將所得變量進行相關計算可得出當前老人的體溫數據。新型光電傳感器通過外光電效應檢測血氧飽和度以及血紅蛋白濃度。床墊鋪設有新型多點壓力傳感器，傳感器可將所受外力轉化為電信號。傳感器采集壓力分布數據以及參數，通過算法精確定位當前老人坐姿或者睡姿位置，動態檢測久坐、人體翻身等動作，如果有長時間久坐或者異常翻身等情況出現，則發出警報提醒。

圖2 傳感器示意圖

床頭配有的按鈕與智能床墊連接，可以緊急呼叫醫護人員。床頭內嵌有語音提示模塊，可通過手機APP設置用藥情況，自動提醒老人按時吃藥。

1.3 自動消毒裝置設計

疫情管控目前仍是生活中的重要部分。對于養老院而言，老人們免疫力弱，很容易受到各種細菌或病毒的攻擊而生病。而養老院人員眾多，依靠人工消毒工作量極大，因此在養老院智能管理系統中配備自動消毒裝置具有重要意義。

自動消毒裝置的核心是智能化紫外線消毒燈。紫外線可以殺滅各種微生物，具有很好的消毒防護作用。但紫外線也會殺死正常細胞，老人身體較弱，不宜被直接照射。因此在裝置中添加了光電傳感器和熱釋電紅外傳感器，確保紫外線不會直接照射人體。如果房間中有人，由于光傳播的途徑發生遮擋，光電傳感器的輸出值會發生變化；紅外傳感器包含探測元和透鏡，經過設置后可以進行人體紅外探測，吸收其他波長的紅外光。若傳感器探測結果為有人，則紫外線消毒燈停止工作，若傳感器探測結果為無人，則消毒燈正常工作。同時消毒燈上裝有氮化鎵基紫外傳感器，該傳感器對于自然光無響應，但對于紫外線卻非常敏感。通過該傳感器可以探測室內紫外光含量，如果低于閾值則正常工作，如果在閾值范圍內則停止工作。在自動消毒裝置中還嵌有RFID模塊，可將每日的消毒記錄上傳至云平臺。系統實現了自動化，無需耗費人力就可以確保老人生活在一個相對衛生且不易感染的環境中。

1.4 APP設計

根據本系統的需要，本文設計了一款APP與系統交互，便于家人查看老人的相關數據。APP分為如下2個模塊。

（1）睡眠模塊：可以查看老人睡眠時的心率、體溫、睡眠質量等數據。

（2）環境模塊：可以查看房間今日的溫度、濕度數據及消毒情況。

APP開發界面如圖3所示。

圖3 養老院智能管理系統APP開發界面

1.5 云平臺

為了更好地存儲和計算數據、提供智能化服務，我們選擇將數據上傳至云平臺。云平臺具有計算、存儲等功能，設備接入和連接非常方便，運行速度和調取速度快。云平臺是數據交互的中心，在各傳感器測得對應數據后，將數據傳輸至云平臺的數據庫存儲，并設定分析算法，從而得到老人當前身體狀態信息。老人的家人可以通過系統對應的APP訪問系統，得到相應的信息數據和老人的健康狀況。當測量的數據不在預先設定的健康范圍區間時，云平臺會把警報傳輸到系統中，隨即反饋給工作人員和老人家人，確保老人的任何不適都會在第一時間被家人和工作人員知曉。將老人的身體數據存放至云平臺可以保證數據的安全性和可靠性，更便捷地對數據進行處理，從而實現對老人更好地看護。

2 結 語

在我國步入人口老齡化社會的背景下，本文嘗試從養老現狀入手，通過基于物聯網技術的養老院智能管理系統，在老人睡眠、生活環境監測、保護及管理等方面進行探索。系統通過傳感網采集數據，幫助工作人員和老人家人了解老人的身體狀況和生活環境狀況。該系統的自動消毒裝置和環境監測裝置可保證老人居住環境的舒適性與安全性。但系統還有可以完善的空間，如加入可穿戴的便攜式監測設備，添加檢測老人防跌倒算法等。通過物聯網與其他技術相結合的方式可以為養老院提供更加智能化、專業化的服務，提高老人的居住體驗。