基于智能手环和物联网的戒护监测系统
技术领域
本发明涉及的是一种无线通信领域的技术，具体是一种基于智能手环和物联网的戒护监测系统。
背景技术
由于药物依赖者脱毒后的复吸率很高，采取综合医疗康复方法能有效降低戒毒人员对毒品的心理依赖，对戒毒人员生理参数的准确检测及综合分析有助于复吸率的降低和预防戒毒人员的死亡。现有的防复吸技术包括采用智能手环进行健康监控，但此类技术不能满足对戒毒人员的大规模群体集中戒护的网络数据传输及戒毒人员实时定位及报警预警的需求。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于智能手环和物联网的戒护监测系统，通过组建戒毒人员戒护与监测网络，用于对人员生理信息的实时连续检测、网络传输及集中保存；具有戒毒人员生理信息自动分析处理、健康状况智能评估、异常情况报警及预警、人员健康档案管理功能，用于戒毒人员医疗康复监护业务的全过程信息化安全管理。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：供戒毒人员随身携带的智能手环、若干个Zigbee路由器、至少一个用于Zigbee网络的建立和维护的Zigbee网关、局域网路由器、监护中心服务器、监护终端、数据管理终端和数据库服务器，其中：智能手环、Zigbee路由器和Zigbee网关构成Zigbee无线传感器网络，局域网路由器、监护中心服务器、监护终端、数据管理终端和数据库服务器、构成强制戒毒所内局域网络，智能手环采集戒毒人员的体温、脉搏、血氧饱和度和血压等生命体征信息以及定位信息并输出至Zigbee路由器，Zigbee路由器接收ZigBee数据包，根据数据包的目标地址进行网络数据包的收发、解析和分类处理，Zigbee网关将Zigbee网络接入强制戒毒所内局域网络，构成监护人员评价戒毒人员生理状况的平台，局域网路由器与Zigbee网关、监护中心服务器、监护终端、数据管理终端和数据库服务器分别相连并传输Zigbee网路与局域网的数据交互、数据处理及网络管理等信息，实现Zigbee网络与强制戒毒所内局域网的互联，监护中心服务器接收、处理、记录来自Zigbee网关的Zigbee无线传感网络数据，并将生命体征信息、定位信息以及异常情况报警信息反馈给监护人员分析，监护终端通过可视化界面对数据库服务器记录的戒毒人员的生理数据及报警信息进行分析以评估戒毒人员的身体健康状况以及戒毒效果，数据管理终端向经过授权的用户提供数据库服务器访问的可视化接口界面以进行相关数据的创建、修改、删除、查询。
所述的分类处理是指：当目标地址是本节点则解析数据包、调用相应处理函数进行处理；当目标地址是监护中心服务器则查找可用网关地址、发向网关；当目标地址是广播地址其它节点地址则按照目标地址广播或转发数据包。
所述的Zigbee网关包括Zigbee协调器及以太网接口模块，其中：Zigbee协调器用于建立并维护Zigbee网络，与ZigBee无线传感网络各节点进行通信，同时控制、协调无线传感器网络间的通信，并且具备与无线传感器网络中的新节点建立动态链接的能力，以太网接口模块采用基于嵌入式操作系统的ARM9处理器，采用LWIP作为TCP/IP协议栈，实现ZigBee网络与TCP/IP间的Zigbee与以太网信息交换功能。
所述的Zigbee与以太网信息交换功能包括：设备发现功能，即监护中心服务器地址被保存在Zigbee网关节点的NAND FLASH中，随着应用环境的不同，内网服务器地址可能发生变化，此时将接收不到Zigbee网关节点的数据，因此服务器将在事先约定的组播地址上定期发送包含服务器地址和端口的消息，所有网关节点在网络配置完成后在该组播地址上侦听，接收到该数据包后检查其中服务器地址与端口是否和NAND FLASH中的记录匹配，当不匹配则将新地址写入FLASH中并将数据发送的目标地址指向新地址，此外该消息还能起到心跳包的作用，以帮助网关节点检查以太网连接的问题；与服务器的正常数据传输功能，即Zigbee网关节点向服务器发送来自自身或其它节点的数据包，接收来自服务器的命令；与Zigbee协调器的串行数据格式转换功能，即网关节点接收来自服务器的命令后转换为Zigbee协议格式，然后通过SPI接口发送至Zigbee协调器，否则对来自Zigbee协调器接收的Zigbee无线网络数据进行协议转换为TCP/IP协议格式。
所述的生命体征信息包括但不限于：戒毒人员的体温、脉搏、血氧饱和度和血压等，监护人员对监护中心记录的戒毒人员的生命体征数据进行分析，进而评估戒毒人员的身体健康状况以及戒毒效果。
所述的智能手环包括：上壳、显示屏、三色LED灯、包含Zigbee终端通讯模块的主控电路板、振动马达、下壳、体温传感器、光电传感器、可充电锂电池、电源按键、FPC板和报警按键，其中：显示屏、三色LED灯和报警按键设置于上壳上用于传感器检测信息的显示及用户紧急报警，体温传感器和光电传感器设置于下壳上用于检测人体体温、心率、血氧饱和度和血压等生命体征信息，主控电路板对体温传感器和光电传感器采集的信息进行处理并编码并将处理结果通过显示屏及三色LED灯反馈给终端用户，通过Zigbee终端通讯模块发送到Zigbee网络，显示屏显示时间、生命体征信息、电量及通讯信号强度，报警按键将用户报警信息通过Zigbee网络发送到监护中心服务器，振动马达用于生理参数检测前后给予用户提醒信息，FPC板用于主控电路板和显示屏之间的连接，智能手环佩戴在戒毒人员手腕上采集戒毒人员的多种反映生命体征的重要信息以及定位和异常情况报警等信息，并具有Zigbee网络终端节点功能，可方便地将采集的信息经由Zigbee网络传输至戒毒所局域网内，实现了对戒毒人员的大规模群体集中戒护的数据采集、实时定位及报警预警的功能。
所述的监护中心服务器用于对戒毒人员身体状况的评估以及监测功能，完成戒毒人员异常的警告工作，同时支持戒毒人员不同类型的预警服务，也可以提前对戒毒人员的状态改变预警，该监护中心服务器包括：Zigbee网络数据处理模块、Zigbee网络维护模块、数据库访问接口模块、消息推送模块、定时作业调度模块以及日志模块，其中：Zigbee网络数据处理模块与Zigbee网关及数据库服务器相连，实现ZigBee网络数据的收集、分析、存储，Zigbee网络维护模块与Zigbee网关相连，定期向Zigbee网关发送设备发现包，维护ZigBee网络拓扑信息，数据库访问接口模块与监护终端模块和数据管理终端模块相连，代理监护终端模块和数据管理终端模块数据库访问请求，消息推送模块与监护终端模块相连，响应监护终端请求消息，把实时消息(例如设备状态、传感器数据、报警信息等)推送到监护终端，定时作业调度模块与Zigbee网关相连，实现Zigbee终端节点传感数据的定时采集，日志模块与数据库服务器模块相连，可以实现监护中心服务器日志的记录、管理等功能。
所述的数据库服务器将戒毒人员的信息、生理参数信息、本体库以及规则库进行存储。
所述的数据管理终端完成无线网络节点的配置和控制以及监护人员用户的管理，该数据管理终端包括：设备信息管理模块、戒毒人员信息管理模块、设备绑定信息管理、设备配置管理模块、监护中心服务器定时作业管理、历史数据查询管理模块以及用户信息管理模块，其中：设备信息管理模块与数据库服务器相连，管理所有设备的物理地址、设备编号等信息，实现设备的创建、修改、删除、查询等功能，戒毒人员信息管理模块与数据库服务器相连，管理佩戴手环戒毒人员的基本信息，例如姓名、房间号、性别、生日、入所时间、联系方式等，实现戒毒人员信息的创建、查询、修改、删除，设备绑定信息管理模块与监控中心服务器及数据库服务器相连，通过把Zigbee网络中的终端节点绑定到数据库服务器中记录的戒毒人员的房间号以实现传感器数据和状态与戒毒人员的关联，提供绑定信息的查询、添加、删除等操作，设备配置管理模块与Zigbee网关及数据库服务器相连，可在运行时配置Zigbee设备的参数，实现对Zigbee设备运行状态的调整和优化，Zigbee设备设备接收到配置信息后，将配置信息写入NAND FLASH中以实现配置的持久化，这样避免了对设备参数的硬编码，提高了系统的可配置型，监护中心服务器定时作业管理模块与监护中心服务器相连，可远程连接监护中心服务器作业调度模块，进行定时作业的创建、浏览和删除等操作，历史数据查询管理模块与数据库服务器相连，查询每个戒护者的历史数据记录，并以图表等方式导出记录，作为监护人员的戒护依据，用户信息管理模块与数据库服务器相连，管理用户基本信息，例如姓名、性别、工作、联系方式、注册时间等，实现监护人员用户信息的创建、查询、修改、删除。
所述的监护终端提供监护人员对戒毒人员的监护状态进行监测的平台，该监护状态包括监护戒毒人员信息查询以及生理参数实时监测并支持预警机制，使得监护人员可以及时的对戒毒人员的监护警告信息进行处理，为监护戒毒人员提供及时的监护处置；该监护终端包括：生理参数实时显示模块、网络拓扑信息管理模块、设备和传感器控制模块以及报警管理模块，其中：生理参数实时显示模块与监控中心服务器与数据库服务器相连，使用主视图、详细视图、曲线视图等多种显示方式实现各项生理参数数据和状态的可视化，主视图显示所有戒毒人员的基本状态和生理参数数据，曲线视图使用曲线的方式显示数据的动态变化，详细视图显示所有智能手环采集的详细数据、状态和时间，并提供智能手环生理参数采集传感器的控制界面，视图中提供佩戴者实时位置信息，监护人员可以通过监护终端对监护中心记录的戒毒人员的生理数据进行分析，进而评估戒毒人员的身体健康状况以及戒毒效果，网络拓扑信息管理模块与监控中心服务器及数据库服务器相连，根据ZigBee网络节点间的逻辑关系绘制出ZigBee网络拓扑图，并显示所有节点的详细信息(ZigBee网络信息、信号强度、以太网连接信息、绑定患者信息等)，设备和传感器控制模块与监控中心服务器相连，提供对Zigbee设备或某个Zigbee终端节点传感器的控制界面。所有传感器可以进行打开或关闭操作，报警管理模块与监控中心服务器相连，实现对每种Zigbee终端节点传感器数据报警策略的创建、更改和删除，还可以响应终端节点的报警消息。
技术效果
与现有技术相比，本发明通过组建戒毒人员戒护与监测网络，用于对人员生理信息的实时连续检测、网络传输及集中保存；开发专用系统软件，具有戒毒人员生理信息自动分析处理、健康状况智能评估、异常情况报警及预警、人员健康档案管理功能，用于戒毒人员医疗康复监护业务的全过程信息化安全管理。
附图说明
图1为本发明系统总体结构图；
图2为智能手环的结构图；
图3为实施例系统布局示意图；
图4为系统处理流程图；
图中：智能手环1、Zigbee路由器2、Zigbee网关3、局域网路由器4、监护中心服务器5、监护终端6、数据管理终端7、数据库服务器8、上壳101、显示屏102、三色LED灯103、主控电路板104、振动马达105、下壳106、体温传感器107、光电传感器108、可充电锂电池109、电源按键110、FPC板111、报警按键112。
具体实施方式
如图1所示，为本实施例涉及的一种基于智能手环和物联网技术的戒毒人员戒护监测系统、包括：若干个智能手环1、若干个Zigbee路由器2、至少一个Zigbee网关3、局域网路由器4、监护中心服务器5、监护终端6、数据管理终端7和数据库服务器8、其中：智能手环1，Zigbee路由器2和Zigbee网关3构成Zigbee无线传感器网络，为实时处理系统；智能手环1由戒毒人员随身携带，采集戒毒人员的体温、脉搏、血氧饱和度和血压等生命体征信息以及定位信息，并与Zigbee路由器2进行数据交互；Zigbee路由器2用于与Zigbee网络中其他节点的通信，接收ZigBee数据包，根据数据包的目标地址做相应处理；Zigbee网关3包括Zigbee协调器及以太网接口模块，用于Zigbee网络的建立和维护，建立好Zigbee网络后，用于消息在整个网络内的传递；局域网路由器4、监护中心服务器5、监护终端6、数据管理终端7和数据库服务器8，构成强制戒毒所内局域网部分，Zigbee网络通过Zigbee网关接入到局域网系统，构成监护人员评价戒毒人员生理状况的平台；监护中心服务器5用于Zigbee无线传感网络数据的接收、处理、记录，并及时将重要信息反馈给监护人员分析。监护人员可以通过专用软件对监护中心记录的戒毒人员的生理数据进行分析，进而评估戒毒人员的身体健康状况以及戒毒效果；数据库服务器8用于将监护中心服务器5接收到的生理信息数据定期备份保存，可以防止因意外事件导致的数据丢失，用于所有人员生理信息的集中管理；监护终端6和数据管理终端7用于戒毒所内的戒护人员访问监控中心服务器5，查看人员生理信息、实时位置信息或相关档案。
如图2所示，所述的智能手环1包括：上壳101、显示屏102、三色LED灯103、主控电路板104、振动马达105、下壳106、体温传感器107、光电传感器108、可充电锂电池109、电源按键110、FPC板111、报警按键112，其中，显示屏102，三色LED灯103和报警按键112设置于上壳101上，用于传感器检测信息的显示及用户紧急报警；体温传感器107和光电传感器108，设置于下壳106上，用于检测人体体温、心率、血氧饱和度和血压等生命体征信息；主控电路板104，对体温传感器107和光电传感器108采集的信息进行处理并编码，可将处理结果通过显示屏102及三色LED灯反馈给终端用户，并通过Zigbee终端通讯模块发送到Zigbee网络；显示屏102，具有液晶显示功能，可用于：时间显示、生命体征信息、电量及通讯信号强度；报警按键112具有一键报警功能，可将用户报警信息通过Zigbee网络发送到监护中心服务器5；振动马达105用于生理参数检测前后给予用户提醒信息；FPC板111用于主控电路板104和显示屏102之间的连接。
如图3所示，为本系统在戒毒所每个楼层布置简图，楼层间通过局域网连接。每个房间戒毒人员佩戴一个智能手环1，每个房间布置一个ZigBee路由器2，走廊每隔一定间隔亦布置一个Zigbee路由器2，每楼层布置一个Zigbee协调器302，协调器302通过局域网接口301接入局域网系统。监护中心服务器5、数据管理终端7和数据库服务器8设置于数据管理室，其中，监护中心服务器5用于对戒毒人员身体状况的评估以及监测功能，完成戒毒人员异常的警告工作，同时支持戒毒人员不同类型的预警服务，也可以提前对戒毒人员的状态改变预警；数据库服务器8将戒毒人员的信息、生理参数信息、本体库以及规则库进行存储；数据管理终端7完成无线网络节点的配置和控制。监护终端6设置于监控室，提供监护人员对戒毒人员的监护状态进行监测的平台，包括监护戒毒人员信息查询以及生理参数实时监测并支持预警机制，使得监护人员可以及时的对戒毒人员的监护警告信息进行处理，为监护戒毒人员提供及时的监护处置。
如图4所示，戒毒人员生理信息由智能手环1检测后，经Zigbee路由器2、Zigbee网关3和局域网路由器4传送到监护中心服务器5。监护中心服务器5将接收的生理信息保存到数据库服务器8长期保存。戒护管理人员通过监护终端6可实时了解人员的健康状况。当戒毒人员突发重病或身体不适时，可通过智能手环1上的按键手动发出报警信号或者由监控中心通过数据分析处理软件自动识别出异常状况，向戒护管理人员发送报警信息。
戒毒人员的位置定位信息可以通过ZigBee无线传感器网络定位技术，用于戒毒人员所内的实时定位，从而用于对戒毒人员的有效管理。基于定位数据同时可以用于，场所内人员与数量的自动清点，提高现场管理人员的工作效率。可用于监控对象活动轨迹的历史回放，进行行为分析，提供个体行为特征。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个用于方案均受本发明之约束。
