物联网技术与托老院安全管理系统设计
2013-09-21王自力
郑 鑫,王自力
(黄淮学院信息工程学院,463000,驻马店职业技术学院,463000)
0 引言
时代网络技术的不断更新,物联网已经融入到大家的生活当中,现如今,一些托老院的基础设施已经不单单日常起居的基本硬件,我们可以发现,托老院不断的增加老人娱乐设施,如健身场所,运动场地,老人舞蹈培训中心等。但是,随着老年人娱乐活动的增加,照顾老人安全问题也逐渐引起重视,因为活动的范围一经加大,检测老人跌倒等安全问题也随之增加,对于物联网应用系统来说,它是解决老龄化问题的具体方案,通过传感器、射频识别来判断具体情况,实时定位和检测管理,比如整个系统中会体现一些非常实用化的功能,如地图查询、具体事件处理功能、定位功能、无线检测传输,对于老人的实际身体状况也会从数据库或是定位中检测出来,如跌倒、突发状况、身体健康变化。
基于物联网技术的快速发展,在托老院管理系统中,巧妙的通入高新科技技术,用传感器、RFID人员定位系统等传感设备,时时刻刻的对老人日常起居进行监控定位管理,以免造成意外情况的产生,利用物联网的绝对优势,实施网络监测防护,这样,对于托老院来说,也是非常便捷的方法,利用定位系统、传感器来监控托老院整体情况,让一切安全检查工作有条不紊进行,这也是解决当今老龄化问题的网络安全管理政策。
1 托老院安全管理系统主要功能
对于托老院安全管理系统来说,主要分布为两方面功能,监控终端和移动腕带终端。采用成熟的RFID识别技术,利用无线传输功能,在体温、脉搏跳动等感应设计安全管理系统。让老人成为一个网络监测团体,从而组成小型物联网组织,从而实现任人物定位,通过体温脉搏、重力感检测,从而确定老人日常生活的安全状态及所在定位,可以这样说托老院的安全管理系统是一个整体,而在设计上,也要时时刻刻的顾忌实际情况,如今托老院很多系统设计非常的实体化,也很普遍,在此类服务系统或软件中,人性化操作和信息化管理也较为明显。
1.1 安全监测终端服务
监控终端是利用Linux操作系统设计原理完成,Linux操作系统是根据在PXA270平台来进行。一般的检测服务器短共分为人员管理、突发事件处理、语音呼叫项功能。对于托老院人员管理来说,安全系统中的主要工作原理为,在电脑中利用监控终端查到目前老人所定位的分布范围,而此过程中,也要统计每位老人具体身体情况,其中包括体温、脉搏、心率、血压等。突发事件处理是针对于紧急情况的反应与控制,当老人腕带发出警报时,移动腕带终端监测会自动显示老人情况,以便快速处理问题。语音呼叫方便与管理人员在活动范围之内与老人沟通,可以这样说,安全监测终端起到了一个整体控制的作用,这样,就可以清晰的进行分辨和检测。
1.2 移动腕带终端
移动腕带终端是在手腕上为老人佩戴的携带式终端,在这个程序中,主要是在老人身上采集装备各类传感器信息,经此之后由 ZigBee无线发送到安全监测终端。本类程序是根据Linux在操作系统中的英语而成,在 API系统的调用之下,由采用多线程数据处理,从而形成移动腕带终端监测功能。此类模块处于移动模块,而主要功能也分布在以下几个方面,首先,基于老人安全健康状态监测,主要功能为利用腕带上的传感器,随时监测老人身体状况,当其血压、脉搏、体温发生与正常指数而背的变化时,系统将产生提示和警告。其次,发送警报功能,这类功能主要运用于突发类情况,采用监控终端通讯了解突发状况,比如,当老人发生摔倒健康信号异常时,系统就会监测到老人的具体位置和所处状况。最后,采用RFID标签定位功能,此功能的主要原理为,在老人活动范围之内,利用RFID射频识别卡记录所标签信息,找到老人定位。
2 老人管理系统设定
老人管理系统在安全防护中起到非常关键性的作用,其系统大概也分为个人资料、床位标识、外出登记和换房记录等等,是一个老人基本状况的整理统计,可以根据老人系统了解到老人的具体情况和所处分区。
2.1 系统档案
在系统档案里,会清晰的标注老人具体个人信息,其中包括姓名、性别、婚姻状况、儿女联系方式、出生日期、身份证号、工作单位、民族等等,一旦老人出现突发状况之时,系统可自动调试到个人信息这一栏,工作人员也可以马上查询到老人及老人儿女的联系方式,不单单如此,除了老人资料这部分,来增加了儿女资料、担保人信息等等,这都是维护老人安全的基本措施。
2.2 入住、外出及转房登记功能
在输入系统档案之后,老人管理系统会记录老人的入住情况、外出登记和转房登记记录,这三方面主要检测管理老人的居住情况,一旦发生变化之时,就会从系统中明确找到,而托老院的工作人员也会根据老人居住情况来进行监测和看护。老人安全系统是一个整体的管理模块,利用数据库的存储将所有信息加以整合,已经发生改变或其他状况产生时,整个系统也会发生信息变化。
3 关于RFID人员定位设计
3.1 RFID读写器系统设计
在整个RFID人员定位系统中,RFID读写器绝对起到不可替代的作用,可以这样说,此类人员定位器能够让托老院的工作人员明确的知道老人所在位置,这对于托老院的工作人员来说,无疑非常大的帮助。一般情况下来说,即便是面对老人在较远位置之时,只要在系统中设计中的几个检查点中安插RFID读写器,读写器通腕带标签进行定位,从而系统中显示老人具体位置,不过要注意的是,在安装RFID读写器的时候,也要根据其托老院区域而设定。比如分为四区,那么每一区设定RFID读写器,这样系统工作人员就会根据信息的接收来判断具体情况,一般情况下,RFID读写器起到一定的感应作用,也会明显的显示出当前老人所面临的情况,在托老院中,安全系统中会明确的检测到老人所处位置,这样,在短时间内就可解决问题,RFID读写器的工作原理就是根据RFID卡的标签与其一体产生识别功能,当其系统中可看到明显变化之时,就会在定位系统中数据查到。
3.2 RFID读写器工作原理
RFID读写器的核心是有基站芯片和微处理器组成,它的主要作为连接用户主系统的通信作用,可以利用系统命令完成读写器操作,然后将数据返回到处理器系统。对于托老院系统来说,RFID卡在数据通信上有很强的功能,并且传输速率十分快,即便所读写存在一定距离,也可以有效的防止冲突。而对于RFID读写器的工作原理来说,主要是将RFID读写器放在需要监测的位置,当有老人经过RFID卡之时,读取RFID读写器会知道老人位置及健康情况,对于RFID读写器一般放在托老院老人的活动场所,每个设置好的检查点也代表着各个地理为信息,工作人员根据老人所在位置而接收信息。利用RFID标签配置与腕带之中,当老人佩戴此标签时,经所检测的地区,RFID卡会自动读取过路人信息,从而将此发到安全管理系统中断,在此监控领域中便会马上接收信息,表示此区老人的身体状况、是否面临危险等等,当老人从一个活动区域移动另一个区域之时,RFID标签也会随之移动变化。
4 老人跌倒监测功能设计
在很多情况下,托老院的老人在行动和日常生活中,节奏会比较缓慢,所以在生活整个过程中,加速度的矢量相较于年轻人的变化要小很多,因为一般的人加速度都会存在一个恒量值,一旦超出范围之内,就会发现不同,所以根据加速度的矢量来确定老人的加速度是否超出范围,从而行跌倒监测,所以对于跌倒监测功能来说,一般情况下是判断老人是否跌倒等情况,在跌倒监测功能设计上,其基本原理和跌倒监测判断是我们所不能够疏忽的重要点。
4.1 基本实现原理
对于跌倒监测功能,加入的加速度传感器,当拉人身上放有加速度感染器时,我们以加速度的定义为Y轴,当处于静止状态的时候,设置为-1g,同理,设置X和Z轴为加速度曲线,那么正常的静止状态下为零,将其曲线和三个轴加速度的矢量和,设置静止状态+1g,这样就可以正常的分析老人日常生活状态,一旦发生变化,便可充分分析出来。所以,根据X轴、Y轴、Z轴以及曲线所发生的变化从而推断老人具体情况,当一个人处于正常状态之时,那么,曲线状况波动不大,也不会发生太大的变化,一经跌倒之后,曲线和波形相较于之前的正常状态也发生不同,系统工作人员根据所发生变化而进行检测。
4.2 跌倒检测判断
这样,根据跌倒监测工作原理 ,我们也可以从XZY三轴和曲线中了解实际状况,在正常状态之下,老人的动作幅度均属正常,而加速度的变化值也在控制范围之内。不过如果面临跌倒状态也出现几个特征,第一,适中,如果发现失重现象,加速度<1g,第二,撞击,但身体发生撞击之时,会与地面产生强烈的撞击力,所以合加速的曲线一定会发生变化,也会产生一个变化非常大的曲线波形。第三,老人处于静止状态,对于年轻人来说,跌倒之后会马上站起来,但是其中也会存在一段静止时间,而在曲线中会呈现过渡期,如果这段时间过长,就会从曲线中显示出来。第四,关于矢量曲线,可以比较跌倒前后矢量曲线,这样就会发现变化,因为当人体位置发生偏离,那么所处方向必然和静止状态不同,与原静止状态相比,就能查出老人是否跌倒。
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