独居老人无线监护系统的设计研究

摘要：近年来，我国国民经济发展迅速，人口流动性日益增强，围绕当代社会独居老人监护问题，笔者进行独居老人无线监护系统的设计研究，该系统基于ZigBee网络实现数据采集、信息传输，基于LabVIEW平台进行数据分析处理、识别报警终端节点、发布求助信息，使得社区能够统一监护、管理独居老人，具有一定的社会价值和经济效益。

关键词：独居老人 跌倒监测 监护 LabVIEW ZigBee

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）10-0154-01

1 系统总体设计

独居老人无线监护系统由三部分构成，包括终端节点、ZigBee网络和社区监护中心。

（1）终端节点，该部分构成模块分别是RFID门禁模块、ZigBee模块、移动式监护仪以及智能家居传感器，主要用于老人身体状况和室内监护的数据采集，通过单片机进行处理最终借助ZigBee模块传送至无线通信网络。

（2）ZigBee网络，该网络与用户端的ZigBee节点一起实现用户端将数据传送给社区监控中心的功能。

（3）社区监护中心，该上位机系统基于LabVIEW平台，利用RS232串口能够确保中心可以实时接收各用户单元所传输过来的数据，此外，还能够对各用户的情况进行存储、显示，如果出线异常状况，该系统会自发发出警报，通知监护人员及时进行独居老人现状确认，如发现该独居老人确实出现意外，将及时联系医护人员进行处理。

2 系统硬件设计

2.1 用户端

（1）环境温湿度检测仪与燃气检测仪。人的一生随着年龄增长，其嗅觉、听觉、视觉均会出现退化，老年人记忆力不断下降，通常难以敏锐地察觉室内的安全隐患，因此将燃气监测模块和环境湿温度模块安装在独居老人家中的厨房，能够起到监测室内安全与否。该独居老人无线监护系统采用设备型号为DHT11和MQ-2安装在厨房进行实时监测，这两个模块均能支持ZigBee协议的CC2430作为核心芯片。

（2）移动式监护仪。移动式监护仪作为独居老人无线监护系统的终端节点，以STM32为核心，通过配备脉搏传感器、加速度传感器、报警按钮以及无线发射模块，能够起到随时随地进行独居老人的行为与健康监控，如出现跌倒等问题，还能够及时向中心求助报警。首先，针对检测独居老人跌倒问题主要采用MPU6050即加速度传感器来实现，通过构建空间坐标轴检测人的加速度状态，当人行走或直立状态下，x、y坐标轴的加速度均接近0，z轴加速度数值接近g；一旦人处于摔倒状态，则x、y、z三个坐标轴均会出现明显的数值变化。因此，可以实现设定阈值，并将实时监控数据与之对比，从而检测独居老人是否跌倒；脉搏传感器（pulse sensor）是一款用于脉搏心率测量的光电反射式模拟传感器，将其佩戴于手指或耳垂处，通过单片机处理可将采集到的模拟信号转化为数字信号并得到人体的心率数值；报警按钮用来处理紧急事件，当突发疾病或有意外发生时，老人可以通过监护仪上的紧急报警按钮主动向小区监护中心发出报警求助信号；无线收发模块NRF24L01外形小巧，作为无线发射模块，可以减小监护仪的体积，更加便于携带，它将监护仪采集到的数据发送给与ZigBee节点相连的无线接收模块，再通过ZigBee节点传送到ZigBee网络中，从而实现无线传输的目的。

（3）入户门禁模块。该模块安装于独居老人门上，其构成为读卡器、射频卡、ZigBee模块以及电磁锁等组成。其功能具体体现在以下几方面，首先，当用户进入独居老人的家中，因为读卡器附近有射频卡，因此读卡器能够迅速读取ID卡号，并将其传输到CC2430芯片中，该芯片将会进行进门权限卡号的处理工作，并决定是否为该用户开启电磁锁。此外，如果独居老人向社区中心求助报警，那么门禁模块将会接收到独居老人监护中心发送过来的指令，将其列入门禁白名单，监护人员能够随时随地进度独居老人家人为期提供救助。

2.2 ZigBee通信网络

ZigBee技术作为一种成本低、功耗低、短距离、速率低、繁琐程度弱的双向无线通讯技术，十分适用于独居老人无线监护系统的设计。在该独居老人无线监护系统的ZigBee网络中，路由器节点将会接收到每个终端节点传送过来的监护数据，根据算法采取最适合的通信路径，借助其他路由器节点将数据输送到协调器，而该协调器则借助PC机和RS232串口达到无限数据传输的目的。

3 独居老人无线监护系统的软件设计

3.1 下位机软件设计

基于Z-Stack协议，进行完整网络的组建，该部分的软件设计包括协调器的网络配置与数据传输程序以及ZigBee网络中终端节点的数据采集程序。

3.2 上位机软件设计

独居老人无线监护系统基于LabVIEW平台设计上位机程序实现社区监护中心求助记录查询、用户信息管理、监视传感器节点等多个部分，极大程度地压缩开发独居老人无线监护系统的时间。借助VISA节点和串行接口仪，独居老人无线监护系统的LabVIEW平台能够与之进行通信。其中，需要确认串口的参数配置是否与仪器一致，如果不是，那么无法实现正确通信。接着，进行缓冲区字节的读取，基于原先就设定好的传输协议，高效地提取相关节点的数据信息并进行相应处理。以独居老人心率值为例，如果该数据超出某个设定值，那么社区监护中心人员将会接收到该用户所发出的求助信息。此外，通过读取数据库实现该系统的用户信息管理、社区监护中心求助记录、阈值设置等多项功能。借助LabSQL访问包，LabVIEW能够将相关信息存储到Access数据库，以便于独居老人监护系统中心人员能够随时查询、调用相关信息。

4 结语

本文围绕硬件设计和软件设计进行独居老人身体状况、室内安全情况进行监测，最大限度保障独居老人的安全，該独居老人无线监护系统设计符合设备智能化、自动化的发展趋势，具有一定的社会价值和经济效益。

收稿日期：2016-09-06

作者简介：周达（1980—），男，浙江余姚人，研究生，工程师，研究方向：控制工程。