段昊鵬

（西北大學(xué)，陜西 西安 710127）

0 引 言

根據(jù)公布的全國第七次人口普查數(shù)據(jù)統(tǒng)計報告顯示，中國總?cè)丝?41 178萬，其中60歲及以上人口為26 402萬，占總?cè)丝诘?8.7%；65歲及以上人口為19 064萬，占總?cè)丝诘?3.5%。由此可見，中國已經(jīng)正式步入老齡化社會。養(yǎng)老院將是老齡化社會中不可或缺的基礎(chǔ)設(shè)施。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為現(xiàn)代信息科技產(chǎn)業(yè)的第三次革命，通過傳感設(shè)備、射頻識別等技術(shù)實(shí)現(xiàn)“萬物互聯(lián)”，將所有物體接入網(wǎng)絡(luò)，能夠讓社會更加智能、高效。

本文提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的養(yǎng)老院智能管理系統(tǒng)，旨在幫助護(hù)工人員、老人子女隨時隨地掌握老人的身體和睡眠情況，進(jìn)一步改善老人的生活環(huán)境，同時加速養(yǎng)老院管理的智能化進(jìn)程，減少護(hù)工人員的工作量。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 總體設(shè)計

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的養(yǎng)老院智能管理系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示，主要分為傳感網(wǎng)、數(shù)據(jù)采集部分、智能設(shè)備處理部分、云平臺服務(wù)部分以及APP。傳感器部署在智能床墊、消毒裝置等設(shè)備及房間中，完成相對應(yīng)數(shù)據(jù)的采集和功能的實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)經(jīng)過智能設(shè)備簡單處理之后上傳至云平臺進(jìn)行存儲和處理，如有異常則通過APP反饋給相關(guān)人員。這一過程實(shí)時高效，便于實(shí)現(xiàn)對于老人的全方位防護(hù)、照顧。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

該系統(tǒng)致力于關(guān)注老人睡眠、生活環(huán)境監(jiān)測、保護(hù)及管理等，為此在本設(shè)計中添加了智能床墊，在其中內(nèi)嵌光纖傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器等，實(shí)現(xiàn)對老人睡眠質(zhì)量的監(jiān)測、身體體征的監(jiān)測及其他功能。本設(shè)計還添加了智能消毒裝置（紫外線消毒燈和傳感器）。本設(shè)計將煙霧傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器部署在老人的房間內(nèi)，如有火災(zāi)等突發(fā)情況可以報警提示，保證老人的生命安全。本文設(shè)計的APP可用來幫助家人和養(yǎng)老院的工作人員實(shí)時查看老人的身體情況并及時發(fā)現(xiàn)異常。

1.2 智能床墊

智能床墊是養(yǎng)老院智能管理系統(tǒng)的重要組成部分。每個智能床墊與老人及對應(yīng)的床位配套，可以監(jiān)測睡眠數(shù)據(jù)，如心率、體溫等。同時還能夠檢測老人的睡眠質(zhì)量。很多老人存在一定程度的睡眠障礙，可通過智能床墊獲悉老人深睡時長、淺睡時長、翻身次數(shù)等數(shù)據(jù)，以便對老人的睡眠狀況有更好地了解。系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)會實(shí)時上傳至云平臺，通過云平臺將數(shù)據(jù)存儲后可供自己和家人查看，身體數(shù)據(jù)若超過健康范圍則說明老人的某項(xiàng)指標(biāo)異常，系統(tǒng)將通知工作人員和家人，確保老人的健康與安全。

智能床墊主要使用傳感器來監(jiān)測數(shù)據(jù)，如圖2所示。光纖傳感器通過對光信號進(jìn)行調(diào)解與光電轉(zhuǎn)化后交于計算機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步的處理、轉(zhuǎn)換，最終得到心率、呼吸等數(shù)據(jù)。測量體溫則采用熱電偶制成的溫度傳感器，將所得變量進(jìn)行相關(guān)計算可得出當(dāng)前老人的體溫數(shù)據(jù)。新型光電傳感器通過外光電效應(yīng)檢測血氧飽和度以及血紅蛋白濃度。床墊鋪設(shè)有新型多點(diǎn)壓力傳感器，傳感器可將所受外力轉(zhuǎn)化為電信號。傳感器采集壓力分布數(shù)據(jù)以及參數(shù)，通過算法精確定位當(dāng)前老人坐姿或者睡姿位置，動態(tài)檢測久坐、人體翻身等動作，如果有長時間久坐或者異常翻身等情況出現(xiàn)，則發(fā)出警報提醒。

圖2 傳感器示意圖

床頭配有的按鈕與智能床墊連接，可以緊急呼叫醫(yī)護(hù)人員。床頭內(nèi)嵌有語音提示模塊，可通過手機(jī)APP設(shè)置用藥情況，自動提醒老人按時吃藥。

1.3 自動消毒裝置設(shè)計

疫情管控目前仍是生活中的重要部分。對于養(yǎng)老院而言，老人們免疫力弱，很容易受到各種細(xì)菌或病毒的攻擊而生病。而養(yǎng)老院人員眾多，依靠人工消毒工作量極大，因此在養(yǎng)老院智能管理系統(tǒng)中配備自動消毒裝置具有重要意義。

自動消毒裝置的核心是智能化紫外線消毒燈。紫外線可以殺滅各種微生物，具有很好的消毒防護(hù)作用。但紫外線也會殺死正常細(xì)胞，老人身體較弱，不宜被直接照射。因此在裝置中添加了光電傳感器和熱釋電紅外傳感器，確保紫外線不會直接照射人體。如果房間中有人，由于光傳播的途徑發(fā)生遮擋，光電傳感器的輸出值會發(fā)生變化；紅外傳感器包含探測元和透鏡，經(jīng)過設(shè)置后可以進(jìn)行人體紅外探測，吸收其他波長的紅外光。若傳感器探測結(jié)果為有人，則紫外線消毒燈停止工作，若傳感器探測結(jié)果為無人，則消毒燈正常工作。同時消毒燈上裝有氮化鎵基紫外傳感器，該傳感器對于自然光無響應(yīng)，但對于紫外線卻非常敏感。通過該傳感器可以探測室內(nèi)紫外光含量，如果低于閾值則正常工作，如果在閾值范圍內(nèi)則停止工作。在自動消毒裝置中還嵌有RFID模塊，可將每日的消毒記錄上傳至云平臺。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動化，無需耗費(fèi)人力就可以確保老人生活在一個相對衛(wèi)生且不易感染的環(huán)境中。

1.4 APP設(shè)計

根據(jù)本系統(tǒng)的需要，本文設(shè)計了一款A(yù)PP與系統(tǒng)交互，便于家人查看老人的相關(guān)數(shù)據(jù)。APP分為如下2個模塊。

（1）睡眠模塊：可以查看老人睡眠時的心率、體溫、睡眠質(zhì)量等數(shù)據(jù)。

（2）環(huán)境模塊：可以查看房間今日的溫度、濕度數(shù)據(jù)及消毒情況。

APP開發(fā)界面如圖3所示。

圖3 養(yǎng)老院智能管理系統(tǒng)APP開發(fā)界面

1.5 云平臺

為了更好地存儲和計算數(shù)據(jù)、提供智能化服務(wù)，我們選擇將數(shù)據(jù)上傳至云平臺。云平臺具有計算、存儲等功能，設(shè)備接入和連接非常方便，運(yùn)行速度和調(diào)取速度快。云平臺是數(shù)據(jù)交互的中心，在各傳感器測得對應(yīng)數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)傳輸至云平臺的數(shù)據(jù)庫存儲，并設(shè)定分析算法，從而得到老人當(dāng)前身體狀態(tài)信息。老人的家人可以通過系統(tǒng)對應(yīng)的APP訪問系統(tǒng)，得到相應(yīng)的信息數(shù)據(jù)和老人的健康狀況。當(dāng)測量的數(shù)據(jù)不在預(yù)先設(shè)定的健康范圍區(qū)間時，云平臺會把警報傳輸?shù)较到y(tǒng)中，隨即反饋給工作人員和老人家人，確保老人的任何不適都會在第一時間被家人和工作人員知曉。將老人的身體數(shù)據(jù)存放至云平臺可以保證數(shù)據(jù)的安全性和可靠性，更便捷地對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)對老人更好地看護(hù)。

2 結(jié) 語

在我國步入人口老齡化社會的背景下，本文嘗試從養(yǎng)老現(xiàn)狀入手，通過基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的養(yǎng)老院智能管理系統(tǒng)，在老人睡眠、生活環(huán)境監(jiān)測、保護(hù)及管理等方面進(jìn)行探索。系統(tǒng)通過傳感網(wǎng)采集數(shù)據(jù)，幫助工作人員和老人家人了解老人的身體狀況和生活環(huán)境狀況。該系統(tǒng)的自動消毒裝置和環(huán)境監(jiān)測裝置可保證老人居住環(huán)境的舒適性與安全性。但系統(tǒng)還有可以完善的空間，如加入可穿戴的便攜式監(jiān)測設(shè)備，添加檢測老人防跌倒算法等。通過物聯(lián)網(wǎng)與其他技術(shù)相結(jié)合的方式可以為養(yǎng)老院提供更加智能化、專業(yè)化的服務(wù)，提高老人的居住體驗(yàn)。