李亞鋒 何 呈 邵雪平

1 山東大學(xué) 青島 266000

2 江蘇科技大學(xué) 鎮(zhèn)江 212000

3 三維通信股份有限公司 杭州 310053

引言

隨著年齡增長和其他因素，老年人的生理機(jī)能和自理能力在不斷衰退，獨(dú)居老年人的日常生活存在著安全風(fēng)險(xiǎn)[1]。如何智能地監(jiān)護(hù)獨(dú)居老年人的生命健康，已逐漸演變成一個(gè)社會(huì)問題。結(jié)合利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，設(shè)計(jì)一套面向獨(dú)居老年人的智能化健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，對于提高獨(dú)居老年人的安全性和生活質(zhì)量，具有非常積極的意義。

研究發(fā)現(xiàn)，由于發(fā)展階段、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施和產(chǎn)品價(jià)格等因素影響，國內(nèi)老年人監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的技術(shù)與國外相比仍存在較大差距。目前，國內(nèi)智能家居老年人監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的水平，遠(yuǎn)未實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和市場化，系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈尚未完全形成，用于照顧老年人的智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的開發(fā)仍處于起步階段，科學(xué)設(shè)計(jì)和發(fā)展有很大空間[2]?，F(xiàn)有的國內(nèi)外老年人監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，主要面向特定人群和大型場所進(jìn)行設(shè)計(jì)，開發(fā)周期長、生產(chǎn)成本高、可拓展性弱且后期維護(hù)復(fù)雜，無法滿足大多數(shù)人的消費(fèi)需求和水平，不適用于居家環(huán)境，在一定程度上阻礙了相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展和技術(shù)的提升[3]。

專家系統(tǒng)具有較好的數(shù)據(jù)判決和聯(lián)動(dòng)控制能力，可以在一定程度上提升家居環(huán)境下老人監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的性能。然而，已有的結(jié)合專家系統(tǒng)的監(jiān)護(hù)系統(tǒng)主要應(yīng)用于社區(qū)醫(yī)院、重癥監(jiān)護(hù)室的場景下，利用專家系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理，僅針對特殊的心血管疾病患者和重癥兒童進(jìn)行智能化識(shí)別、存儲(chǔ)和遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)[4-5]；此外，也有一些智能家居系統(tǒng)利用專家系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)判決和聯(lián)動(dòng)控制，但其更多地針對安防、節(jié)能和提供舒適生活環(huán)境問題[6-7]。在上述系統(tǒng)中，專家系統(tǒng)的功能較為簡單，只是實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)格式的調(diào)整、數(shù)據(jù)閾值的判斷，再通過其他方式進(jìn)行最終的處理，還無法滿足市場的需求。針對以上問題，我們將智能家居、監(jiān)護(hù)系統(tǒng)和專家系統(tǒng)相結(jié)合，對數(shù)據(jù)進(jìn)行更加智能化的處理，進(jìn)一步完善現(xiàn)有的方法和功能。

本文針對獨(dú)居老年人家庭生活中存在的安全隱患，結(jié)合智能家居和健康監(jiān)護(hù)技術(shù)，設(shè)計(jì)了一款安全實(shí)用的居家老年人監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)，利用智能傳感器對老年人健康信息進(jìn)行檢測，通過ZigBee進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)通信，借助CLIPS(C Language Integrated Production System)專家系統(tǒng)對數(shù)據(jù)智能化處理。系統(tǒng)一旦檢測到數(shù)據(jù)異常，及時(shí)對相關(guān)人員進(jìn)行通知和預(yù)警，實(shí)現(xiàn)老年人健康信息的實(shí)時(shí)檢測與異常處理，同時(shí)可與監(jiān)護(hù)者進(jìn)行實(shí)時(shí)交互等功能。該系統(tǒng)集智能家居、智能傳感器、無線網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)技術(shù)于一體，利用一種遠(yuǎn)程可視化數(shù)據(jù)交互的方法，實(shí)現(xiàn)智能家居環(huán)境下安全可靠的遠(yuǎn)程管控與監(jiān)護(hù)；此外，其適用于小型場所的監(jiān)護(hù)和部署，實(shí)現(xiàn)老年人日常生活的健康監(jiān)護(hù)，提高獨(dú)居老年人的安全性和生活質(zhì)量。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

圖1 系統(tǒng)整體框架

本文設(shè)計(jì)的居家老年人監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，應(yīng)用了智能傳感器、ZigBee和CLIPS專家系統(tǒng)技術(shù)。如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)可分三部分：智能傳感器網(wǎng)絡(luò)、ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)和PC用戶端。其中，智能傳感網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，完成健康與環(huán)境數(shù)據(jù)的采集和智能家居的控制；無線網(wǎng)絡(luò)與PC用戶端進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸；網(wǎng)絡(luò)攝像頭和PC用戶端進(jìn)行通信，完成老年人生活行為的實(shí)時(shí)監(jiān)控；PC用戶端與專家系統(tǒng)進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的智能化處理和異常反應(yīng)。為了實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)模塊間的協(xié)同穩(wěn)定運(yùn)行，我們將CLIPS專家系統(tǒng)嵌入到PC用戶端，通過無線網(wǎng)絡(luò)對傳感器采集的老人健康信息和智能家居的狀態(tài)信息進(jìn)行高速傳輸并智能化處理，搭建智能家居和實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)的一體化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)家居的智能化檢測與控制，對老人生活進(jìn)行健康監(jiān)測與遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)。

傳感器技術(shù)是獲取信息的重要手段，已成為世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要標(biāo)志和推動(dòng)力。ZigBee是一種抗干擾能力強(qiáng)、成本功耗低的無線技術(shù)，具有強(qiáng)大的自組網(wǎng)和自我恢復(fù)能力，適合應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)控制和智能家居領(lǐng)域[8]。專家系統(tǒng)利用人工智能和計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬人類對問題進(jìn)行推理判斷和過程建模，是人工智能領(lǐng)域研究中最重要和活躍的部分。為滿足大數(shù)據(jù)對智能處理的迫切需求，以模型為主、規(guī)則為輔是專家系統(tǒng)未來的發(fā)展方向[9]。

2 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)

本文選用CC2530模塊，是TI公司的SoC解決方案，內(nèi)部集成了Z-Stack協(xié)議棧。利用ZigBee協(xié)調(diào)器組建無線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的初始化、信道的掃描和網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)和配置。

2.1.1 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)

協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)是無線網(wǎng)絡(luò)的核心模塊，實(shí)現(xiàn)ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)建立、地址分配、信息管理和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙ぷ鱗10-11]。本文設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)與PC用戶端進(jìn)行串口通信，作為網(wǎng)關(guān)模塊，進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)終端和PC用戶端之間的數(shù)據(jù)傳輸。ZigBee協(xié)調(diào)器的工作流程如圖2所示。

利用ZigBee協(xié)調(diào)器組建無線網(wǎng)絡(luò)，終端節(jié)點(diǎn)主動(dòng)掃描周圍的可選網(wǎng)絡(luò)并向合適的協(xié)調(diào)器發(fā)送連接請求，等待響應(yīng)。協(xié)調(diào)器給請求連接的終端節(jié)點(diǎn)提供短地址，并發(fā)送具有成功連接和網(wǎng)絡(luò)通訊地址的響應(yīng)命令，之后終端可正常與協(xié)調(diào)器進(jìn)行通信。

圖2 ZigBee協(xié)調(diào)器的工作原理

2.1.2 終端節(jié)點(diǎn)

對于終端節(jié)點(diǎn)處理模塊，選用功能強(qiáng)大的STM32F103系列芯片作為微控制器，芯片基于ARM內(nèi)核且設(shè)計(jì)用于高性能和低成本功耗的嵌入式應(yīng)用[12]。ZigBee終端的工作流程如圖3所示。

圖3 ZigBee終端的工作原理

本文設(shè)計(jì)的終端節(jié)點(diǎn)分為傳感終端與控制終端。在與協(xié)調(diào)器連接成功后，根據(jù)指令進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和相關(guān)操作。其中，傳感終端用于檢測人體健康和家庭環(huán)境信息，控制終端用于家電的狀態(tài)檢測和智能控制。

2.2 傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)

2.2.1 人體體溫節(jié)點(diǎn)

選用MLX90614紅外測溫模塊，進(jìn)行人體體溫測量。該模塊選用熱電元件作為紅外感應(yīng)部分，具有測量精度高、響應(yīng)速度快和抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)[13]。物體測量溫度與模塊自身溫度共同作用產(chǎn)生輸出信號(hào)，所選用模塊在理想情況下的輸出電壓為：

其中單位為攝氏度，是靈敏度常數(shù)。利用標(biāo)準(zhǔn)I2C協(xié)議進(jìn)行模塊通信，從模塊內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)由高8位(DataH)和低8位(DataL)雙字節(jié)組成，代入下式轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)溫度數(shù)據(jù)：

2.2.2 人體心跳血氧節(jié)點(diǎn)

選用MAX30102心率血氧模塊，進(jìn)行人體心率和血氧濃度的精準(zhǔn)測量。動(dòng)脈搏動(dòng)的過程隨心跳周期性發(fā)生變化，因此模塊輸出電信號(hào)的變化周期等于脈搏頻率[14]。讀取內(nèi)存中的氧合血紅蛋白濃度和血紅蛋白，血氧飽和度可通過下式計(jì)算：

利用標(biāo)準(zhǔn)I2C協(xié)議讀取模塊轉(zhuǎn)換后的光強(qiáng)度數(shù)值，通過應(yīng)用軟件編寫轉(zhuǎn)換算法可以獲得模塊所測實(shí)際數(shù)據(jù)值，從而計(jì)算人體心率和血氧。

2.2.3 環(huán)境溫濕度節(jié)點(diǎn)

選用HTU21D溫濕度傳感器，部署于老年人的居住場所，對環(huán)境的溫濕度信息進(jìn)行采集，與其他檢測數(shù)據(jù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部環(huán)境健康質(zhì)量的檢測[15]。利用標(biāo)準(zhǔn)I2C協(xié)議進(jìn)行模塊之間的通信，讀取模塊內(nèi)存中的測量數(shù)據(jù)，將濕度數(shù)據(jù)代入下式，計(jì)算相對濕度：

2.2.4 環(huán)境異常氣體節(jié)點(diǎn)

選用MQ-5可燃?xì)怏w傳感器，用于家庭環(huán)境的氣體監(jiān)測。傳感器模塊具有TTL數(shù)字和模擬輸出端，利用芯片端口讀取模塊的測量數(shù)據(jù)，經(jīng)轉(zhuǎn)換處理后實(shí)現(xiàn)氣體檢測。

2.2.5 智能控制節(jié)點(diǎn)

智慧互聯(lián)作為智能家居的一項(xiàng)重要特性，被廣泛應(yīng)用于家庭和社區(qū)環(huán)境中[16]。為了增強(qiáng)系統(tǒng)的普適性，提高系統(tǒng)的靈活度，本文在居家老人監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中使用無線插座，實(shí)現(xiàn)對家用電器的控制。所設(shè)計(jì)的無線插座將無線網(wǎng)絡(luò)與電源插座結(jié)合，智能插座可以接收PC用戶端的命令，實(shí)現(xiàn)相關(guān)電器的智能控制。

為保證系統(tǒng)對上述傳感器模塊測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確獲取，需對一段時(shí)間內(nèi)傳感器測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，若數(shù)據(jù)平穩(wěn)變化，取其均值作為傳輸數(shù)據(jù)；若數(shù)據(jù)僅是抖動(dòng)和突變，取其平穩(wěn)階段數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，從而消除模塊所產(chǎn)生的異常值，確保數(shù)據(jù)的正確與穩(wěn)定，輸入至控制系統(tǒng)，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 基于CLIPS的數(shù)據(jù)處理與監(jiān)護(hù)機(jī)制

CLIPS是一種產(chǎn)生式的高效正向推理系統(tǒng)，促進(jìn)了工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療事業(yè)和其他領(lǐng)域的發(fā)展與進(jìn)步。CLIPS專家系統(tǒng)由事實(shí)庫(存儲(chǔ)推理所需數(shù)據(jù))、知識(shí)庫(所有規(guī)則和規(guī)則表)和推理機(jī)(提供對系統(tǒng)操作的全面控制)組成[17]。

2.3.1 CLIPS的總體設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對老年人健康和家居環(huán)境信息的智能處理和異常反應(yīng)。所搭建的專家系統(tǒng)，將實(shí)時(shí)檢測的數(shù)據(jù)和命令與所建的知識(shí)庫進(jìn)行匹配和推理，判斷老年人的健康情況，分析家居環(huán)境的相關(guān)情況，并給出指導(dǎo)建議。專家系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖4所示。系統(tǒng)通過對各功能模塊的協(xié)調(diào)調(diào)用，實(shí)現(xiàn)對老年人健康和家居環(huán)境異常狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測。

圖4 專家系統(tǒng)的總體框圖

2.3.2 事實(shí)庫模塊

事實(shí)表示CLIPS中已知的數(shù)據(jù)信息，代表事實(shí)列表中的一段信息，是規(guī)則調(diào)用數(shù)據(jù)的基本單元。在本文中，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的智能化處理，提高專家系統(tǒng)的推理速率和準(zhǔn)確度，同時(shí)便于系統(tǒng)功能的優(yōu)化調(diào)整以及新功能的增添，我們進(jìn)行了處理模板和事實(shí)的自定義設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的處理過程模塊化，具體操作如下。

1)自定義模板：重復(fù)利用CLIPS中相同的關(guān)系結(jié)構(gòu)和關(guān)系名。本文定義了4個(gè)模板：閾值模板，用于檢測數(shù)據(jù)的閾值控制；數(shù)據(jù)模塊，用于保存?zhèn)鞲衅鳈z測的數(shù)據(jù)；修改模塊，用于事實(shí)數(shù)據(jù)的修改；結(jié)果模塊，用于推理結(jié)果的存儲(chǔ)。自定義模板的格式為：

2)自定義事實(shí)：自動(dòng)聲明一組事實(shí)，添加到事實(shí)庫內(nèi)。本文對老年人健康、家庭環(huán)境和智能家電的相關(guān)閾值以及推理結(jié)果，進(jìn)行自定義事實(shí)的生成，用于專家系統(tǒng)的初始化。自定義事實(shí)的格式為：

2.3.3 知識(shí)庫模塊

為了提高匹配效率，CLIPS使用了規(guī)則的預(yù)編譯技術(shù)和快速匹配算法RETE[18]。由于知識(shí)庫的啟發(fā)式智能搜索方式，有序化和結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)會(huì)加快推理機(jī)的推理速率，本文設(shè)計(jì)了5個(gè)規(guī)則模塊：閾值檢測模塊、更新模塊、健康信息模塊、環(huán)境信息模塊和推理模塊，用于對數(shù)據(jù)的綜合推理以及推理結(jié)果的生成。此外，為了保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性和準(zhǔn)確性，我們設(shè)計(jì)了信息糾正規(guī)則模塊，在保證正常運(yùn)行的情況下，對一段時(shí)間內(nèi)的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，判斷正在處理數(shù)據(jù)的正確性，并進(jìn)行后續(xù)的操作，對錯(cuò)誤數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性和智能化。

2.3.4 推理機(jī)模塊

根據(jù)所建知識(shí)庫，利用所采集的老年人健康和家居環(huán)境數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)預(yù)處理后生成相關(guān)CLIPS格式的事實(shí)，通過事實(shí)庫與知識(shí)庫之間的識(shí)別和匹配，完成系統(tǒng)的推理工作并能夠輸出推理結(jié)果。

推理流程如圖5所示，專家系統(tǒng)讀取并解析傳入的數(shù)據(jù)流，生成已定義格式的事實(shí)并存入事實(shí)庫；利用RETE快速匹配算法對事實(shí)庫內(nèi)的事實(shí)和已定義規(guī)則庫內(nèi)的規(guī)則進(jìn)行匹配，憑借預(yù)設(shè)的沖突消除機(jī)制確保推理工作的正常進(jìn)行；生成最后的診斷結(jié)果，回傳系統(tǒng)前端實(shí)現(xiàn)可視化。

圖5 推理流程圖

2.3.5 CLIPS專家系統(tǒng)的應(yīng)用

目前有很多編程語言，支持將CLIPS嵌入到其他系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)專家系統(tǒng)的調(diào)用。系統(tǒng)選用CLIPSNet組件嵌入方式，實(shí)現(xiàn)了專家系統(tǒng)與PC用戶端的交互，進(jìn)行數(shù)據(jù)的智能處理與異常反應(yīng)[19]。

2.4 PC用戶端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本文有關(guān)用戶端的研究與系統(tǒng)開發(fā)均在Windows10操作系統(tǒng)、Intel (R) Core(TM) i5-9400F CPU、16G運(yùn)行內(nèi)存和GTX1660顯卡的配置下進(jìn)行，選用IP攝像頭，安裝Visual Studio、CLIPS 6.30等開發(fā)軟件。

為了保證老年人生活場所的智能化以及身體健康的實(shí)時(shí)性監(jiān)護(hù)，我們在系統(tǒng)中加入了遠(yuǎn)程管控和異常提醒的功能：根據(jù)專家系統(tǒng)的推理結(jié)果，在保證安全的情況下，監(jiān)護(hù)者可以實(shí)現(xiàn)對智能家庭設(shè)備的遠(yuǎn)程控制；若老年人身體異常，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)向相關(guān)人員發(fā)出相應(yīng)的提示信息，實(shí)現(xiàn)對老年人的及時(shí)醫(yī)治和健康幫助。

2.4.1 用戶端界面

本文設(shè)計(jì)的PC用戶端是在Visual Studio集成開發(fā)環(huán)境下，基于C#語言的.NET框架開發(fā)。具體如圖6所示，PC用戶端主要由以下模塊構(gòu)成：系統(tǒng)端口設(shè)置、信息顯示、智能檢測和控制、參數(shù)設(shè)置、推理結(jié)果顯示、異常提醒和遠(yuǎn)程監(jiān)控部分。

圖6 PC用戶端主界面

2.4.2 串口通信

通過串口實(shí)現(xiàn)PC用戶端與ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信。系統(tǒng)根據(jù)通信幀結(jié)構(gòu)來解析數(shù)據(jù)，將相關(guān)數(shù)據(jù)顯示在用戶端界面。同時(shí)，將解析數(shù)據(jù)傳遞給內(nèi)部專家系統(tǒng)，進(jìn)行智能信號(hào)處理。監(jiān)護(hù)者可根據(jù)專家系統(tǒng)的推理結(jié)果，進(jìn)行相關(guān)的異常處理操作。

2.4.3 專家系統(tǒng)交互

利用C#調(diào)用組件內(nèi)有關(guān)CLIPS推理機(jī)的推理函數(shù)，控制CLIPS推理機(jī)的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)專家系統(tǒng)與PC用戶端正常交互和穩(wěn)定運(yùn)行。對CLIPS的調(diào)用如圖7所示，通過對組件函數(shù)的調(diào)用，實(shí)現(xiàn)與CLIPS的信息交互，將推理結(jié)果顯示在用戶端主界面。

2.4.4 異常提醒

本文設(shè)計(jì)的異常提醒模塊由短信和郵件構(gòu)成。利用C#語言實(shí)現(xiàn)用戶端與SMS短信通平臺(tái)和SMTP服務(wù)器的連接，完成短信和郵件的實(shí)時(shí)發(fā)送。監(jiān)護(hù)者可以根據(jù)推理結(jié)果，發(fā)送短信或郵件給最近醫(yī)護(hù)人員或其他人員，及時(shí)對老年人進(jìn)行醫(yī)治和幫助。

2.4.5 遠(yuǎn)程監(jiān)控

本文設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程監(jiān)控部分，利用OpenCV與攝像頭進(jìn)行通信，實(shí)時(shí)獲取攝像頭捕獲的視頻數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)回傳至PC用戶端，實(shí)現(xiàn)了老年人生活行為的實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)。

圖7 CLIPS的調(diào)用過程

3 測試與分析

3.1 用戶端測試

搭建ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)行PC用戶端，選擇合適的串口端口和IP地址并設(shè)置系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)。主界面測試結(jié)果如圖8所示。

經(jīng)測試，主界面運(yùn)行正常：ZigBee完成組網(wǎng)工作，將傳感器獲取的老年人健康、家庭環(huán)境和家電狀態(tài)的相關(guān)信息顯示在界面相應(yīng)位置；專家系統(tǒng)能夠根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行正常推理工作，將推理結(jié)果與建議顯示在界面相應(yīng)位置；攝像頭完成遠(yuǎn)程鏈接，將老年人行為的視頻信息顯示在界面相應(yīng)位置。

3.2 專家系統(tǒng)推理測試

對PC用戶端傳遞數(shù)據(jù)進(jìn)行解析和處理，測試專家系統(tǒng)事實(shí)庫、規(guī)則庫和推理機(jī)模塊的性能。選用波特率為9 600bit/s，進(jìn)行2 000次相關(guān)測試，詳情如表1所示。

經(jīng)過測試可知，專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)模塊可以正常運(yùn)行，分析和處理用戶端傳入的數(shù)據(jù)，在綜合所有規(guī)則進(jìn)行最后決策時(shí)，考慮到多個(gè)規(guī)則之間的關(guān)聯(lián)和置信度，會(huì)在最終的數(shù)值方面有些許偏差，但不影響總體的結(jié)果判斷。

3.3 串口通信測試

本文設(shè)計(jì)的專家系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)每秒多次推理和信息更新，足以進(jìn)行異常狀況的推理，執(zhí)行相關(guān)措施。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，選用不同波特率的串口傳輸速率，分別進(jìn)行1 000次測試，計(jì)算一段時(shí)間內(nèi)專家系統(tǒng)的推理準(zhǔn)確性。如表2所示。

測試結(jié)果可知，串口傳輸速率偏高時(shí)，對專家系統(tǒng)推理工作具有一定的影響，會(huì)降低推理結(jié)果的準(zhǔn)確度。真實(shí)情況下，不需要過高的波特率對數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，9 600bit/s波特率便滿足需求?？傮w來看，所設(shè)計(jì)的監(jiān)護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，完成數(shù)據(jù)的采集、處理、傳輸和推理，有較為完善的交互功能和人性化體驗(yàn)。

3.4 異常提醒測試

為便于與家屬互動(dòng)，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)短信與郵件推送提醒模塊。選用不同郵箱平臺(tái)，對短信和郵件模塊進(jìn)行測試，結(jié)果表明，短信和郵件提醒模塊運(yùn)行正常，可及時(shí)準(zhǔn)確的發(fā)送短信和郵件給指定人。

圖8 主界面測試圖

表1 專家系統(tǒng)準(zhǔn)確度測試

表2 傳輸速率對推理結(jié)果的影響

4 結(jié)束語

現(xiàn)有的國內(nèi)外老年人監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，絕大多數(shù)尚未與智能家居技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)成本偏高且后期維護(hù)復(fù)雜，無法滿足社會(huì)的應(yīng)用需求和消費(fèi)水平。針對這一問題，基于物聯(lián)網(wǎng)通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)，本文設(shè)計(jì)了一套智能化的居家老年人監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)合智能傳感器、ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)和CLIPS專家系統(tǒng)技術(shù)，設(shè)計(jì)開發(fā)PC用戶端，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的可視化與可操作性。系統(tǒng)集成了CLIPS專家系統(tǒng)，將智能家居與監(jiān)護(hù)系統(tǒng)相結(jié)合，利用無線通信和傳感器技術(shù)，用一種遠(yuǎn)程可視化數(shù)據(jù)交互的方法，實(shí)現(xiàn)智能家居環(huán)境下安全可靠的遠(yuǎn)程管控與監(jiān)護(hù)。經(jīng)過測試，該系統(tǒng)可以提高獨(dú)居老年人的健康安全和生活質(zhì)量。同時(shí)系統(tǒng)在小型居家環(huán)境的可適應(yīng)性、可拓展性和可維護(hù)性較強(qiáng)。下一步將針對被監(jiān)護(hù)者的數(shù)量和應(yīng)用場景進(jìn)行拓展，實(shí)現(xiàn)多人監(jiān)護(hù)以及養(yǎng)老院等復(fù)雜環(huán)境下的實(shí)際應(yīng)用，對使用者的安全與隱私進(jìn)行信息保護(hù)。