基于物联网技术的老人监护智能系统的研究与设计

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇基于物联网技术的老人监护智能系统的研究与设计范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘 要：文章设计是基于物联网技术为孤寡老人专门设计的监护系统，该系统采用功能强大、高灵活性的多协议SoC的NRF51822作为处理单元，结合设备（包括陀螺仪、加速度计、温度、心率传感器等），对传感器数据进行分析和统计，实现对老人的体温、心率、运动量等监测，如遇紧急情况还能自动呼救。本系统具有方便、易用，为孤寡老师提供了便携式移动监护站。

关键词：NRF51822；BLE；心率

随着物联网技术的发展，可穿戴设备逐渐步入医疗领域，为人们的身心健康提供极大的保证，作为新世纪的大学生，应该站在时展的前沿，掌握最先进的现代科学技术知识，以适应和造福社会。而中国人口老年化，独居老人增多，无人看护，养老院看护人员过少，近几年经常出现老人摔倒或因疾病无人及时发现导致死亡的案例。所以设计了这款基于物联网技术的智能老人看护系统，避免因无人及时发现出现的悲剧。MPU6050是6轴运动处理传感器，它集成了3轴陀螺仪、3轴加速度传感器和一个数位运动处理器，通过I2C总线串行输出三轴方向上的加速度和角速度。NRF51822是NORDIC公司设计生产的一款多协议的超低功耗的无线芯片，当下移动终端快速发展，NRF51822在无线通信领域有着广阔的应用前景。

1 系统整体设计

图1 系统设计

系统设计如图1所示：主控NRF51822负责采集数据和传输数据以及用户交互功能。手机端APP采用低功耗蓝牙和NRF51822通信，负责发送短信和紧急拨号功能。OLED负责显示时间、来电提醒、短信提醒功能，与振动电机相结合能及时提醒老龄用户。心率传感器和温度传感器都通过非接触式采集数据，给用户舒适体验。陀螺仪和加速度传感器负责实时监测用户的行动状态，如遇突然状况（摔倒）能自动及时通知监护中心或者家属避免发生意外。

2 部分模块设计

2.1 NRF51822与MPU6050接口

NRF51822作为系统的控制核心可直接控制MPU6050的工作状态和数据采集，并将MPU6050采集的数据经过解算处理然后通过BLE发送到手机端，NRF51822与MPU6050通过I2C总线接口进行通信，其电路结构如图2所示。

对MPU-6050模块的角度数据处理，算法很多，比如最常见的积分处理，卡尔曼滤波处理，自带DMP处理等，本设计充分利用NRF51822的定时器，采用积分处理。我们知道在误差要求允许范围内，对不连续的数据进行求和有时候可以替代积分，本设计就是依据这个思想来实现的。

2.2 NRF51822与心率传感器接口

图3 心率检测设计方案

心率采集方案如图3所示：SON1303采用了570nm发光波长的绿光，与红外光相比反射率更高，测量感度更高，同时提高了S/N比特性，采用的反射式光电传感器使测量方式更加自由，应用范围遍及可佩戴式电子产品以及新式测试方法的脉搏测量仪器，内部集成高科技纳米涂层环境光检测传感器，过滤不需要的光源，减少由其他光源干扰的误判动作，准确度高，经过四运放SON3130，处理得到方波，MCU仅仅需要读取高低电平就能采集出心跳速率。且此方案不需要和人体直接接触，即可采集出信号，拥有绝佳的用户体验。

3 软件设计

3.1 NRF51822蓝牙协议分层

首先是应用层，从蓝牙特别兴趣小组SIG的官方网站可以看到已经的GATT规范列表，包括今警告通知、血压测量、心率、电池等，如图4等，他们都是针对具体的低功耗蓝牙的应用实例来设计的。

控制层包括三部分：

主机控制器（HCI），也称为设备管理器，是基带中的一个功能模块，控制一般的蓝牙设备行为。它负责所有与数据无关的数据系统操作，例如询问附近蓝牙设备是否存在，连接蓝牙设备，或者让本地的蓝牙设备可以被其他设备发现或者连接。为了执行相应的功能，设备管理器要求提供基带的资源控制器访问传输媒介。

链路层（LL），主要负责链路管理、链路控制，包括负责创建、维护和释放逻辑链路已经跟新设备之间物理链路的相关参数。

物理层，负责从物理信道传输和接收信息数据包，在基带和物理层之间一条控制路允许基带模块控制物理层的时隙和频率载波。同时，物理层模块向物理层信道和基带发送和接收符合格式要求的数据流。

3.2 软件MCU程序设计

如图5：本设备开机后程序自动运行，首先连接手机，然后自动采集数据，算出心率值，体温值，用户的运动量和自身的运动姿态，判断是否摔倒和体温心率是否超过设定值，摔倒或者超过设定值立刻通知手机发送短信给监护人或者监护中心。来短信，本设备电机震动提醒用户，防止用户年纪大耳朵不好听不见，同时OLED还会显示时间和一天的运动量，到了晚上会提醒用户多锻炼，防止肌肉萎缩。本设备还有求救报警功能，老人只需轻轻一点按键，就能发送短信（也可设置为电话拨号功能）到监护人或者监护中心。

4 结束语

文章设计研究的可穿戴式老人监护系统，检测出的心率值准确率高达99%，体温值准确到0.1摄氏度，且都是非接触式，给用户极佳的体验。运动过程中也不影响其准确度，姿态检测也非常准确，测试期间，摔倒检测概率非常高。结果表明，该设备对于独居老人的监护效果明显，能大大减少独居老人的事故率。

参考文献

[1]聂水茹.高动态环境下捷联惯导的优化算法研究[D].西安：西北工业大学，2003.

[2]刘付强.基于MEMS器件的捷联姿态测量系统技术研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2007.

[3]黄红霞，严伟.便携多功能心率计的设计[J].黄石理工学院学报，2006（6）.

[4]王存思，刘 ，孙玉玲，等.数字心率计[J].医疗装备，1989（6）：22-24.