基于物联网技术的“银发守护者”的设计与实现.pdf
《基于物联网技术的“银发守护者”的设计与实现.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于物联网技术的“银发守护者”的设计与实现.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、2023年/第8期 物联网技术智能处理与应用Intelligent Processing and Application1210 引 言目前随着社会经济的逐年发展,医疗保障水平的提高,老年人的寿命和比例也逐年增长。现如今我国的人口老龄化程度严重,60 周岁以上的人口约 2.12 亿人,占总人口的18.7%。根据相关数据显示,老年人的日常消费比年轻人高出 18%,银发经济在未来几十年具有长期且稳定的增长趋势,因此以养老服务为主的市场前景极其广阔。然而在养老问题上,越来越多的老人为了不给自己的子女增加压力,开始选择居家养老,成为独居老人。由于独居老人无法进行定期且有效的身体检测,使得老人的健康无法
2、得到保障;而一些安全事故的发生,例如跌倒等,也是对老人健康乃至生命的一个重大威胁。在“十四五”国家老龄事业发展和养老服务体系规划中明确提出智慧养老“预防、治疗、照护”一个都不能少。而市场上现有的智慧养老设计,例如:“和家亲”、智能手表等,因为自身设计的缺陷仍然无法满足用户们的养老需求。面对人们对养老和相关服务的刚性需求,智慧养老是未来发展的一个重要方向。本设计基于现有的养老方案操作繁琐、无法远程控制、无效报警、检测不准确等情况,将最新科技与市场需求相结合,以 STM32 为核心,结合跌倒检测、健康检测、报警、无线 WiFi 通信技术设计了一款智慧养老方案银发守护者。1 方案功能分析随着社会老龄
3、化的不断加剧,智能养老设备在技术的支持下得到了较大的发展,其主要使用者为独居老人、子女、养老中心以及救护中心等。健康检测是智能养老设备中的主要组成部分,其对身体健康数据的监测是保障老人安全的重要手段。通过对现阶段国内产品的分析,将最新的科技与市场相结合,设计了一款适合独居老人的智慧养老方案,它已经解决以下问题:(1)实现自动健康检测;(2)实现跌倒报警;(3)实现语音报警提示;(4)实现远程控制;(5)实现健康数据的远程显示。2 技术方案2.1 系统总体设计方案本方案基于物联网技术,以 STM32F411CEU6 开发板为主,由 MAX30102 模块(内含血氧、心率传感器)、MPU6050模
4、块(内含三轴陀螺仪、三轴加速计和体温传感器)、呼叫按钮、扬声器、WiFi 模块、云平台以及应用端组成,如图 1 所示。如图 2 所示,银发守护者包括 3 个层次:物理层、网络层、应用层。物理层:由外围的设备传感器(MAX30102、MPU6050)以及扬声器组成,利用硬件终端设备上的传感器采集人体的生理数据和身体运动姿态数据,然后通过底层 I2C 以及串口通信方式让传感器和主控芯片实现数据通信,最后再由主控基于物联网技术的“银发守护者”的设计与实现潘祉,陈黎明,马丽华,庞 凯,张佳艺,张党锋(西安欧亚学院,陕西 西安 710065)摘 要:“银发守护者”是能够远程了解、查看老人处于居家时身体是
5、否健康,并且在发现问题后,能够使家人及时干预,以此保证独居老人安全的方案。该方案基于物联网技术,以 STM32F411CEU6 开发板为主,由MAX30102 模块(内含血氧、心率传感器)、MPU6050 模块(内含三轴陀螺仪、三轴加速计和体温传感器)、呼叫按钮、扬声器、WiFi 模块、云平台以及应用端组成。该方案为能够进行远程操控的智能养老系统。使用者可以根据该系统查看老人的健康状态,是否跌倒。出现问题时,该系统能够及时报警和语音提示,起到时刻保护老人的作用。关键词:物联网技术;嵌入式技术;传感器;单片机;云平台技术;移动应用开发中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:2095-1
6、302(2023)08-0121-06收稿日期:2022-10-10 修回日期:2022-11-25基金项目:西安欧亚学院教学改革项目:“新工科”背景下地方应用型本科院校专业课课程思政探索与实践(2021ZD 008);西安欧亚学院校级立项重点课程:大数据分析与可视化(2019KC001);陕西省大学生创新创业训练计划省级项目:药品卫士(S202112712050)DOI:10.16667/j.issn.2095-1302.2023.08.033物联网技术 2023年/第8期 智能处理与应用Intelligent Processing and Application122STM32F411CE
7、U6 完成对测量数据的收集与处理;当主控中心判断发现异常状况,将数据发送至上位机的同时,开启自动报警模式。图 1 系统设计框图图 2 系统架构图网络层:本设计在网络层云服务平台上选用了 OneNET云平台,通过 ESP-01S 模组,使用 MQTT 协议,可以实现OneNET 云平台与物理层设备之间的通信,以及数据的交互;在云平台还可查看老年人健康状态的历史数据,通过分析后以更合理的方式帮助老人调理身体。应用层:分为 Android 端应用软件以及 Web 应用软件。Android 应用端软件和 Web 应用软件都是使用 HTTP 协议和OneNET 云平台进行通信获取数据信息,并进行实时的数
8、据显示,还可以通过 OneNET 云平台向下位机的设备发送命令。老人也可以通过设备上的呼叫按钮手动开启报警模式,随后用户端上持续进行报警提示,提醒用户进行救助;在用户端上,使用者可以通过点击控制命令,使用扬声器对老人进行语音提醒服务,例如“该吃药了”等。2.2 硬件设计本系统的硬件终端设备主要由主控模块、健康指数采集模块、姿态检测模块、扬声器以及呼叫按钮组成。它们共同构成系统的底层设备,健康指数采集模块和姿态检测模块主要进行老人健康数据的收集。它们通过底层 I2C 通信方式将数据上传至主控模块,主控中心进行数据处理以及接收来自上位机的命令,对底层设备进行相应的控制。硬件选型:(1)主控(STM
9、32F411CEU6)模块STM32F411CEU6 是 Cortex-M4 内核(具有浮点单元)高性能 MCU,最高可工作在 100 MHz 主频,芯片内置高达256 512 KB 的 FLASH 存储器和高达 128 KB 的 SRAM,为算法及后续的应用功能再扩展提供充足的空间。另外STM32F411 具有封装小、出色的低功耗性能,同时性价比高,更适用于本项目的设计需求。(2)健康指数采集(MAX30102)模块 MAX30102 是一个集成的脉搏血氧仪和心率监测仪生物传感器的模块(芯片)。它集成了一个 660 nm 红光 LED、880 nm 红外光 LED、光电检测器,以及带环境光抑
10、制的低噪声电子电路,可以同时检测血氧和心率数据。它体积小巧、功耗低、性价比高,适合本项目需求。MAX30102 模块参数表见表 1 所列,实物图如图 3 所示,引脚连接表见表 2 所列。表 1 MAX30102 模块参数表参 量值及说明LED 峰值波长/nmLED 供电电压/V检测信号类型输出信号接口通信接口电压/V660/8803.35光反射信号(PPG)I2C 接口1.8 3.3 5(可选)图 3 MAX30102 模块实物图表 2 MAX30102 模块引脚连接表引 脚说 明VCC接 3.3 VSCL接主控的 PB6SDA接主控的 PB7IM接主控的 PB9GND接地线(3)姿态检测(M
11、PU-60X0)模块MPU-60X0 是世界上第一款集成 6 轴 Motion Tracking 设备,它集成了 3 轴 MEMS 陀螺仪、3 轴 MEMS 加速度计,也可以通过其 I2C 接口连接非惯性的数字传感器。传感器的测量范围都是用户可控的,它移除加速器与陀螺仪轴间敏感2023年/第8期 物联网技术智能处理与应用Intelligent Processing and Application123度,降低设定给予的影响与感测器的飘移,使得测量结果更准确,其集成度高、测量精准、体积轻巧,适合本项目需求。MPU-6050 参数表见表 3 所列,实物图如图 4 所示,引脚连接表见表 4 所列。表
12、 3 MPU-6050 参数表参 数值及说明使用芯片MPU-6050供电电源3 5 V(内部低压差稳压)通信方式标准I2C 通信协议芯片内置 16 bit A/D 转换器16 位数据输出陀螺仪范围25 050 010 002 000()/s加速度范围2 g、4 g、8 g、+16 gMPU-6050采用沉金 PCB,机器焊接工艺保证质量图 4 MPU-6050 模块实物图表 4 MPU-6050 引脚连接表 引 脚值及说明VCC接 3.3 VSCL接主控的 PA5SDA接主控的 PA6INT接主控的 PA7GND接地线2.3 软件设计整个软件系统由下位机与上位机两部分组成。下位机部分主要实现的
13、功能是收集数据、处理数据以及上传和接收数据;上位机主要实现的功能是接收数据、显示数据以及向下位机传送控制命令。下位机的流程如图 5 所示,主要实现方法是使用 C 语言在 Keil5 上进行代码编程。实现流程为:系统对硬件终端设备相对应的接口和设备进行初始化(如串口、I2C、MAX30102 模块等),初始化完成后,首先使用 ESP-01S 通信模块向云平台发送连接和订阅信息,通信成功连接后,各传感器开始工作,并把检测到的数据向云平台发送,云平台接收到数据后向上位机传输接收到的生理数据,上位机在接收数据后检测上位机是否下达了指令。若下发指令,则执行指令并进行下一步,若没下发,则执行下一步检查,检
14、测人体姿态数据判断人体是否跌倒,如果跌倒,则向云平台发送跌倒信息,云平台把跌倒信息发送至用户端;如果没跌倒,则返回系统初始化。图 5 系统软件流程上位机由 Web 端和手机端组成,分别使用的 QT 和Android Studio 平台进行设计完成。在用户端界面设计上,考虑到主要使用者为老人以及工作繁忙的中青年等群体,为此设计的主要指导思路以操作过程简单、页面显示简洁明了为主。基于此设计思想,于是在 Web 端与手机端上将显示与控制模块布置于一个页面上。上位机效果如图 6 所示。上位机与下位机之间数据的远程通信与控制过程为:在通信上,首先由下位机将收集到的数据进行处理后通过WiFi 模块,将数据
15、上传至 OneNET 云平台,上位机通过读取 OneNET 云平台相应的数据后进行显示;而上位机与下物联网技术 2023年/第8期 智能处理与应用Intelligent Processing and Application124位机的控制过程,首先是由上位机发布控制命令并上传至OneNET 云平台,下位机通过 WiFi 模块接收控制命令后进行相应的操作,以此达到上位机与下位机之间数据的远程通信与控制功能。(a)(b)图 6 上位机效果图 2.4 用户端设计2.4.1 手机端应用本系统的 Android 手机端软件页面设计主要由起始页、登录页和应用界面三部分组成,如图 7 所示。(a)(b)(c
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 联网 技术 银发 守护者 设计 实现
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。