基于物联网的智能社区居家养老系统[论文资料].pdf

第2 7卷 第 3期 2 0 1 4年 9月 终家 口 职业 技 不 学 院学挥 j o u rna l o f z h a n g i i a k o u v o c a t i o n a l a n d t e c h n i c a l c o l l e g e vo l 2 7 no 3 s e p t e mb e r 2 0 1 4 基于物联 网的智能社区居家养老系统 仇 明 江苏省扬州商务高等职业学校 江苏扬州 2 2 5 0 0 9 摘要 随着老龄化的加剧和我 国独生子女比例的增加 养老成为一个社会性难题 通过信息化 物联网技术 为社区居家养老提供服务 使社区居家养老具备健康养老 安全智能 节能舒适的特点 更好地为老人服务 关键词 智能 家居 物联 网 z i g b e e 中图分类号 t u 8 5 5 文献标识码 a 文章编号 1 0 0 8 8 1 5 6 2 0 1 4 0 3 0 0 6 3 0 4 引言 全国老龄工作委员会办公室对中国人 口老龄化的发展 趋势进行了专题预测研究 我国已经进人快速 老龄化 阶 段 从 2 0 0 1 年到 2 0 2 0年我国每年增加 5 9 6 万老年人 口 年均增长速度达到 3 2 8 大大超过总人口年均 0 6 6 的 增长速度 人 口老龄化进程明显加快 到 2 0 2 0年 老年人 口将达到 2 4 8 亿 老龄化水平将达到 1 7 1 7 其中 8 o岁 及 以上 老 年 人 口 将 达 到 3 0 6 7万 人 占 老 年 人 口 的 1 2 3 7 随着老龄化的加剧和我国独生子女比例的增加 使得 传统的家庭养老受到冲击 使得独生子女 的养老负担加 重 而出于中国人家庭伦理观念 养老机构数量较少 费用 较高等原因 使得机构养老在现阶段还不能普及 从而使 得社区居家养老应运而生 其主要优点在于老人仍 旧居住 在家中 由子女进行照料为主 社区提供一些必须的服务 比如医疗 安全防护 必要的上门服务等 2 0 1 2年 6月 十 一 届全国人大常委会第二十七次会议首次审议老年人权 益保障法修订草案 明确 养老以居家为基础 l 2 随着信息化 物联 网技术的发展 智能家居得到长足 的发展 本文试 图利用物联网技术构造出一个智能的社 区居家养老系统 从而为广大老人的居家养老服务 由于 本系统是为老年人社区居家养老服务的 考虑到老年人的 行动能力较弱以及相关突发情况较多的现状 因此本系统 在设计时充分 的考虑到健康医疗 智能安防 能耗控制 以 及环境远程监测等方面 使得系统能够贴近老年人的生活 实际应用 从而使住宅达到健康养老 安全智能 节能舒适 的特点 本系统整个结构功能如下图 智能社 区居家 养老 系统功能结构 图 收稿日期 2 0 1 4 0 6 2 9 修回日期 2 0 1 4 0 8 0 5 作者简介 仇 明 1 9 8 1 一 男 江苏扬州人 江苏省扬州商务高等职业学校高校讲师 计算机硕士 研究方向 计算 机 网络 网络安全 6 3 2 0 1 4年 9月 张家 口职业技术学院学报 第 3期 室内监测子系统通过传感器将 相应的数据传 给由 z i g b e e组成的室内网络 室内网络负责各个子系统之间以 及子系统和社区监测中心的连接 z i g b e e 协调器负责和各 个子系统的传感器相连接 而由室内网络的 w e b服务器通 过 i n t e me t 网卡或者 g p r s 模块和社区监测中心的连接 使 用户可使用电脑或者手机 平板等智能终端设备对住宅进 行监控 1 室 内监测子 系统 我们根据实际的需求定义了一系列的室内子系统 常 见的有 老人健康监测子系统 智能安全防护子系统 环境 监测子系统 能耗监测子系统等等 我们还可以根据实际 的需要定义更多的子系统 1 1 老人健康监测 子 系统 老人健康监测子系统中 我们需要对老年人 的身体健 康参数进行监测 包括每 日例行 的血糖 血氧监测 以及不 间断的血压 脉搏 心率和心电等的监测 老人通过佩 戴相应的监测模块对相应的生命参数进行监测 如血压传 感器采用改装 hk b一0 8血压监测模块 脉搏和血氧的监测 采用改装 c ms 6 0 c型脉搏血氧仪监测模块 体温的监测采 用 h k t一0 9 a数字体温监测模块等 1 2智能安全防护子 系统 智能安全防护子系统分为门禁 监控 报警 门禁用于 防止不明身份的人进入 监控用于本人和社区远程 了解室 内特定区域情况 保留录像备查 起着威慑 监督 取证和 管理的作用 报警用于非法人侵 火灾监测 水电煤气监测 等 第一时间通知到你和社区相关人员 从 而得到及时的 处理 1 3环境监 测子 系统 系统能实时采集室内的温湿度 光照强度 空气质量 等数据 从而指导家庭中的灯具 窗帘 以及空调等设备能 够根据室内环境参数的变化进行 自动开关 调节 1 4能耗监测子 系统 对家庭所使用的电 水 煤气等资源进行监测 首先监 测是否关闭 是否有泄漏等 每月定时 的将数据汇总传给 社区 从而方便老人的交费 这些子系统通过传感器监测相应的数据 然后将数据 传给由z i g b e e组成的室内网络 相应的启动和读取传感器 中数据的源码如下所示 启动传感器子函数如下 u e h a r b o o t 6 4 u g h a r e h u s h i z h i v a l u e 0 d e l a y 2 9 v m u e 1 d e l a y 3 e h u s h i z h i v a l u e d e l a y 2 5 r e t u m e h u s h i z h i 读传感器数值子程序如下 u e h a r r e a d b i t u e h a r i v a l u e 0 v a l u e 1 f 0 r i 0 i 3 i r e t u rn v m u e u e h a r r e a d b y t e v o i d u e h a r i m r d m 1 r d 0 f 0 r i 0 i 8 i i f r e a d b i t r d r d m i d e l a y 6 r e t u m r d 2室内网络 2 1 基 于 z i g b e e 技 术的 室 内网络 在室内网络中我们运用 z i g b e e 技术来进行网络连接 用以接收各个监测子系统 的传感器传输过来的数据 由 于其组网灵活的特点 非常适合在室 内的使用 z i g b e e是 一 种短距离 接近于蓝牙技术的无线接人技术 其工作频 段为 2 4 g h z i s m 数据传输速率为 1 0 m一2 5 0 k b s 传输距 离为 1 0 7 5 m 具有低功耗 低速率 低成本 可靠性高 应 用简单的特点 z i g b e e的技术特性决定它将是智能与节能 养老住宅系统应用 中的上佳选择 室内网络中z i g b e e网络节点主要分为传感器 信息处 理单元 射频收发单元等几个部分 传感器的作用是采集各个室内监测子系统中的要求收 集监测的相关数据信息 之后将采集到的数据信息传送给 信息处理单元 信息处理单元用于管理本系统中的节点和 其它功能模块 以保证各子系统中的功能模块之间能够相 互协调的工作 并且可以根据系统要求对传递过来的数据 进行读取 删除 保存等处理 射频收发单元则主要用于发 送和接收经过信息处理单元处理过的监测数据 比如在 老人健康 监测 子系统 中 相关 的传 感器 接通后会 通过 z i g b e e 模块 自动寻找室内的 z i g b e e网络 之后不间断采集 传感器所上传的数据 信息处理单 元对数据进行处理后 通过射频收发单元传送相关的处理网关 网关实时的将相 关数据传给社区的监测系统 一旦发现超过临界值时就会 2 0 1 4年9月 仇 明 基于物联网的智能社区居家养老系统 第3 期 报警 2 2 嵌入 式 w e b服务 器 在本系统中的网关部分主要采用 的嵌入 式 l i n u x平 台 因为其源代码开放且稳定性较高 并可根据实际的需 求进行精简 集成度高 并且搭载 l i n u x系统的嵌入式处理 器耗电量小 符合本系统对能耗方面的要求 本系统网 关为嵌入式 w e b服务器 开机后 自动执行 主程序程序 主 程序通过 m a k e fi fo语句创建各个子系统的命名管道 在管 道中各程序不问断监测 c g i 程序中传回的变量的动态值 比如 老人 健 康监 测 子 系 统 中就 不 断 地 检测 x u e y a z h i m a i b o z h i t i w e n z h i x u e y a n g z h i 等多个变量 的动态 当有人 通过网页访问网关并发出请求之后 或者相应变量的 v a l u e 值发生 变化 通过 s u b m i t 命 令传 给 c g i文件 将变 量的 v l a u e数值写入管道 此时 主程序通过 s w i t c h语句 立刻找 到可执行的对应程序 通过接 口向 z i g b e e模块发出数据 完成网关部分的控制功能 2 2 1 网关主程序部分代码如下所示 i n t m a i n i n t a r g c c h a r a r g v i n t u p i n t o l d c a r e b a o j i n g i n t f d i f a r g c 3 i i s s c a n f a r g v 1 d o l d c a r e b a o j i n g 1 l i s s c a n f a r g v 2 d u p l l i u p 1 l l o l d c a r e b a o j i n g 3 ri n ff s t d e r r wr u p g n e x i t 1 f d o p e n d e v o l d c a r e o l d c a r e b a o j i n g s 0 i f f d 0 f d o p e n d e v o l d c a r e o l d c a r e b a o j i n g 0 i f f d 0 p e r r o r o p e n d e v i c e o l d e a r e b a o j i n g e x i t 1 i o c t l f d u p o l d c a r e b a o j i n g c l o s e f d r e t u r n 0 2 2 2 报警应用程序的编写 在报警程序中 o l d c a r e b a o j i n g表示报警种类 0表示无 报警 1 表示有报警 u p和 c l o s e表示开和关 通过 f d o p e n d e v o l d c a r e o l d c a r e b a o j i n g s 0 打开设备文件 通过 i o e t l f d u p o l d c a r e b a o j i n g 实现对设备所连接 的 i o 管脚的控制 i n t u a r r i n i t n e w c f s e c fl a g i c l o c a l i c r e a d c f ma k e r a w n e w e f s c f s e t i s p e e d n e w c f s b 9 6 0 0 e f s e t o s p e e d n e w e f g b 9 6 0 0 new c f s c c f la g 6 c s i z e n e w c f s c e f la g l cs8 new c c c f la g 一 p are nb n e w c f g c c f l a g 一 i np c k new c 龟 c c f l a g 一c s t o p b n e w c c c a v t i me 0 new c c c a v mi n 0 t c fl u s h f d t c i f l u s h s t a t i c v o i d e q u i p me n t c u p t r o l v o i d s w i t c h 1 e i b i e c a s e 0 c h a r s t r s t a r t x u e y a u p w r i t e f d s t r s t a r t s t r l e n s t r s t a r t b r e a k c a s e 1 c h a r ji s t r s t o p x u e y a o f f w r i t e f d s t r s t a r t s t r l e n s t r s t a r t b r e a k 3 社 区监测 中心 在社区监测中心通过 i n t e me t网卡或者 g p r s模块和 室内网络的嵌入式 w e b服务器相连接 在这里我们采用浏 览器 服务器模式 主要通过在电脑或者智能终端与嵌入 式 w e b服务器建立连接 主要 的功能处理都在嵌入式 w e b 服务器上进行 不需要安装专用 的软件 从 而减少对智能 终端上资源的消耗 同时服务器易于升级和更新 在本系 统中通过相应的 c g i 程序实现嵌入式服务器和客户端的 交互 c g i 程序需要从嵌入式 w e b服务器提供的环境变量 中获得数据 读取数据的部分程序代码实现如下 v o i d r e a d s c h a r s i n t i j c h a r t m p t rap c h a r m a u o c s i z e o f c h a r s t r l e n s f l0 r i 0 j 0 s i i j i f s i i i f s i s i i f s i t m p j i 3 t mp j s i t m p j o f o r i 0 j 0 t m p i o i j s i t mp j s j 0 f r e e t m p i f s s e a n f s t r q u e r y s t a r t e n d s s t a r t e n d 2 p r i n ff e r r o r i l n 6 5 2 0 1 4年9月 张家口职业技术学院学报 第3期 p a r a m e t e r s s h o u l d b e e n t e r e d n e x i t 1 e l s e r e a d s s t a r t r e a d s e n d m i n c n t a t o i s t a r t m ax e n t a t o i e n d i f m i n e n t m a x c n t i m i n c n t m i n e n t ma x c n t m a x e n t i i f mi n c n t 0 mi n e n t 1 结语 通过本系统能够有效地降低老人居家养老的风险 能 够较好减轻独生子女及社会的养老负担 在社会老龄化 13 趋严峻的今天 智能社 区居家养老刚刚起步 并且具有广 阔的应用前景 值得我们继续深入探究 参考文献 1 安连朋 洛阳市社 区居家养老模式探析 d 西安 西 北大学 2 0 1 0 i 3 1 4 2 阎青春 解析 中国老龄 事业发展 十二五 规 划 j 社会福利 2 0 1 1 1 2 1 3一l 6 3 曹琦 基于 z i g b e e的社区居家养老 系统的研究 d 西安 西安工业大学 2 0 1 1 1 0 1 1 4 d e b i n f a n t h e d e s i g n a n d i m p l e m e n t a t i u p o f a wi rel e s s re mo t e i ma g e mu p i t o r i n g s y s t e m ba s e d u p t h e arm a n d g p r s j p r o e e d i a e n g i n e e ri n g 2 0 1 1 2 4 2 5 5 刘文峰 李程远 李善平 嵌入式 l i n u x操作系统的研 究 j 浙江大学学报 工学版 2 0 0 4 0 4 6 0 6 5 th e i n t e l l i g e n t co mmu n i t y ho me en d o wme n t s y s t e m ba s e d o n i n t e r n e t o f th i n g s q i u mi n g y a n g z h o u c o m me r c e hi g h e r v o c a t i o n a l s c h o o l y