基于云架构老人看护系统研究与设计

基于云架构老人看护系统研究与设计

作者：赵一权于忠清

来源：《科技视界》2015年第19期

【摘要】分析了传统老人看护系统的缺点，设计和实现了新型的老人看护系统。系统采用压力传感器采集老人的生活起居信号，通过ZigBee中心节点收集各个终端数据，树莓派将中心节点的数据转发到后台服务器，后台服务器对老人数据进行行为判断，并存储判断结果。看护人员可以通过GPRS或者Internet，登录网站实时查看老人的生活规律信息。当系统检测到异常时，能够通过百度云平台将报警短信发送到看护人员的手机上。系统基于企业服务总线架构，可扩展性高、互操作性强，降低了系统功能扩展和维护成本。

【关键词】老人看护；压力传感器；云平台

【Abstract】This paper analyzes the shortcomings of the traditional elderly nursing system. It completes the design and implementation of a new elderly care system. The system collects living signal of the elderly by pressure sensors. Then， the ZigBee node receives data from ZigBee terminals. Raspberry pi forward those data to data server. The server can make sure the behavior type through analyzing the data of the elderly and store the results. Caregivers can login in website to check the living status of the elderly via GPRS or Internet. When it detects abnormal behavior， the system can send alarm messages to caregivers’ mobile phone by Baidu cloud platform. The system based on Enterprise Service Bus architecture has high scalability and strong interoperability. This reduces the costs of the system expansion and maintenance.

【Key words】Elderly care system；Pressure sensor；Cloud platform

0 引言

中国经过30年的改革开放，，中国老龄化问题越来越突出。第六次人口普查数据显示，60岁以上的人口为1.8亿，比例已经超过联合国关于老龄化国家的定义，而且据估计老年人口比例还在不断增大[1]。通过对中国国情的分析，老人们亟需一种能够对他们的身体状况和行为习惯进行监督和报警系统。主要原因有以下两个方面：

一方面，绝大多数青壮年人员每天都忙于在外打拼，没有心思和精力照顾家中的父母或者爷爷奶奶，所以如何看护好这些人已成为一个社会问题；政府主管部门也希望对居家养老的老人能够实时监护，在老人出现突发状况时可以最短时间内处理。目前缺少更经济便捷的手段为居家养老安全问题提供及时的响应服务。

另一方面，随着中国科学技术的迅速发展，已经可以通过技术手段对居家老人进行智能化的看护和行为监控；然而由于技术发展不成熟，系统集成度不高和不利于扩展等问题，导致系统开发和维护成本上升，致使现有老人看护解决方案不能够有效地集成到各个系统中。

一些发达国家，进入老龄化社会的时间早，科技发达、养老体系完善，有很多专门为老年人设计的智能看护和行为检测系统，包括一些疾病的智能检测和分析。

经过对国外老人看护系统的研究总结发现[2-6]，从简单的老人行为检测报警到实现老人居家养老智能系统，都涉及到两大部分：老人信息的采集，记录、存储和分析如行走路线、是否跌倒和生活起居等数据，涉及到传感器的应用、采集数据的硬件设计和行为检测算法的设计；发生异常后的报警机制，从一开始的响铃到后来利用互联网技术实现医生的远程访问和看护人的实时监督和看护。

中国的高校和研究机构对老人看护方面的研究案例中[7-10]，主要利用RFID技术、传感器技术、GPS系统和无线通信技术解决了老人跌倒检测、老人居家位置检测和老人身体生理信号的采集与上传等一些具体问题，并指出了物联网技术对于居家养老系统的重要性。鉴于以上的老人看护系统功能单一，扩展能力差，不利推广等缺点，本文设计和实现了基于云架构的老人远程看护系统，满足了大量老人看护用户的应用需求，大大降低用户的看护成本。

1 系统整体设计

本文通过压力传感器成功将老人白天和夜晚的活动情况记录下来，当危险状况发生时能够通过短信推送报警信息，系统记录的作息时间能够清晰地记录老人的生活起居时间点，有利于老人异常情况的检测。

系统采用了自制压力垫、单片机来收集压力信号信息，通过Zigbee组网技术把各个Zigbee节点收集到的老人的压力信息发送到一个中心节点上，中心节点再通过树莓派将信息转发到后台服务器，用户通过浏览器或者手机app能够实时查看老人的生活作息，并对老人的信息。系统采用了云架构的设计，更易于后期的系统维护和功能的扩展。

1.1 系统架构

看护系统共分为四个层：数据采集与处理、数据接收与发送、数据库以及各种服务器、用户终端访问。信号获取层组成单元包括压力传感器、单片机和Zigbee数据发送终端；数据转发层组成单元包括数据接收节点和作为网关的树莓派；云平台组成单元包括数据库、各种服务器以及其他云服务；用户访问终端单元主要包括手机和PC浏览器。前两层通过特定协议实现中心节点与采集终端的通信和数据收发；Zigbee中心节点通过树莓派将数据传送到云平台上，处理和存储；云平台中各个服务器之间互相独立又互相联系，共同为用户提供云服务。

1.2 系统各功能模块的设计

信号获取层的核心部分是MCU控制单元，当检测到智能压力传感器信号改变时，就会将采集到的数据信息转换为二进制数据发送给Zigbee终端设备，终端设备接收到数据后将二进制数据加上每个设备的地址信息发送到中心节点上。