一种面向敬老院的老人危险状态检测及网络监护系统
技术领域
本发明涉及网络监护领域，一种面向敬老院的老人危险状态检测及网络监护系统。
背景技术
敬老院是为老人提供日常照料服务的集中养老机构，随着我国人口老龄化程度的加剧，普遍存在因护理人员短缺而造成的看顾不全面的问题，跌倒、离床、走失等意外对老人安全的威胁仍不容忽视。当老人发生意外时不能及时获得护理人员的救助，使得老人因错过救助时机而伤害加重。
目前市场上的老人安全监护系列产品功能单一，缺少多方位、系统性的解决方案，难以在养老机构中推广应用。因此需要实现对老人的日常生活进行全方位监控、实时记录老人的各种健康参数、避免发生危险和意外等功能，能够形成一套系统化的老人安全监护模式。
综上所述，面向敬老院的老人危险状态检测及网络监护系统在现有基础上有待改进。
发明内容
本发明提供一种面向敬老院的老人危险状态检测及网络监护系统，实现了敬老院环境下老人危险状态(洗手间意外、离床、大小便、跌倒、走失等)的检测报警，通过无线网络将监护系统覆盖敬老院的全部区域，实时监护老人的日常情况，及时通知护理人员处理老人的危险状态，保障老人安全的同时减轻了护理人员的工作负担。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种面向敬老院的老人危险状态检测及网络监护系统，包括洗手间超时检测报警终端、离床与大小便检测报警终端、跌倒检测报警及定位终端、护工提醒终端、无线路由、无线网关和监控中心。所述洗手间超时检测报警终端由主控模块、ZigBee无线收发模块、红外传感模块、电源管理模块和报警模块组成。所述离床与大小便检测报警终端由主控模块、ZigBee无线收发模块、压力传感模块、湿度传感模块、电源管理模块和报警模块组成。所述跌倒检测报警及定位终端由主控模块、ZigBee无线收发模块、惯性传感模块、电源管理模块和报警模块组成。所述护工提醒终端由主控模块、ZigBee无线收发模块、电源管理模块和报警提醒模块组成。所述无线路由由主控模块和ZigBee无线收发模块组成。所述无线网关由主控模块和ZigBee无线收发模块组成。所述监控中心由上位机软件、服务器和显示器组成。
所述洗手间超时检测报警终端布置于敬老院老人房间的卫生间内，所述ZigBee无线收发模块、红外传感模块、电源管理模块和报警模块均与所述主控模块电连接。
所述离床与大小便检测报警终端布置于敬老院老人房间的床上，所述ZigBee无线收发模块、压力传感模块、湿度传感模块、电源管理模块和报警模块均与所述主控模块电连接。
所述跌倒检测报警及定位终端由老人随身携带，所述ZigBee无线收发模块、惯性传感模块、电源管理模块和报警模块均与所述主控模块电连接。
所述护工提醒终端由护工随身携带，所述ZigBee无线收发模块、电源管理模块和报警提醒模块均与所述主控模块电连接。
所述无线路由布置于敬老院室内走廊、老人房间内和室外太阳能灯杆处，用于扩张无线网络和作为室内外定位的参考基站。所述主控模块和ZigBee无线收发模块之间通过电连接。
所述无线网关安装于监控室，用于汇总所有的危险状态报警信息并传输给所述监控中心，其中所述主控模块和ZigBee无线收发模块通过电连接。
基于上述技术方案，本发明的优点是：该系统的运行原理和方式如下：老人无线网络安全监护系统分为危险状态检测报警终端、无线网络通信系统和安全监护信息管理系统三大组成部分。危险状态检测报警终端包括洗手间超时检测报警终端、离床与大小便检测报警终端、跌倒检测报警与区域定位终端和手持式报警提醒终端，危险状态检测终端主要为了对老人常发性危险进行检测，在老人发生危险时及时发出报警信息。无线网络信息系统包括基于ZigBee技术的协调器、路由和终端，该网络信息系统覆盖敬老院中危险状态检报警测终端的使用范围，负责将报警信息上传至监控中心，同时将监控中心的指令下发至各种终端，是信息传输与交互的保障。监控中心上位机软件是信息的收集、存储、显示和共享中心，它将无线网络传输系统上传的数据进行解析，在数据库中储存，并将其显示在监控界面上，提醒护理人员进行处理。
洗手间超时检测报警终端针对洗手间内老人的安全监护需求，在被动检测方面采用的红外传感器进行检测，同时增加主动报警的功能。检测方案为洗手间内外各装一个红外传感器，用来判断老人是否进入了洗手间，再在马桶旁装一个红外传感器，用来区分老人在洗手间内的如厕行为和其他行为。主动报警按钮安装在马桶附近，以便老人在感觉不适时能够主动报警，向护理人员求助。
离床与大小便检测报警终端针对老年人离床监护需求采用压力传感器，同时增加主动报警的功能。将4个压力传感器安装在床脚，检测信号汇总到处理芯片，再通过检测算法进行分析，判断老人是否离床。针对卧床老人大小便失禁不能得到及时护理的情况，采用大面积湿度检测垫，放置于床单下，减少对老人的生活影响，满足检测准确性与使用方便性的要求。离床与大小便检测都是发生在老人的床上，将二者集成到一个终端。
跌倒检测报警及定位终端采用放置在老人腰部的携带式终端进行检测，通过三轴加速度计和三轴陀螺仪进行加速度与姿态角的测量。通过运动学分析得出人体跌倒时的加速度及姿态角变化，再结合人体试验跌倒时采集到的传感器数值变化，设置合理阈值检测老人跌倒行为。针对敬老院的实际环境采用基于ZigBee的区域定位算法和室内外定位结合的方式实现敬老院范围位置监控。
护工提醒终端是为了在其他终端检测并报警之后，报警信息能够及时通知到护理人员，让护理人员对老人的意外情况进行处理。采用与其他终端一致的无线网络通信方式，由上位机软件将信息处理后转发给该终端。该终端具有报警信息显示功能，护理人员能够直接从中了解到具体的老人信息、位置信息及报警信息等。终端具有响铃、震动等提醒功能，能够让护理人员明确感知到老人的报警。
为了实时监控老人的安全，需要把各种终端所采集的数据汇总至监控中心，课题采用基于ZigBee的通信模块实现无线网络通信。在敬老院室内外搭建ZigBee基站和路由节点，各节点采集到的数据先传至基站，再由基站统一传至监控中心，利用监控中心完成对数据的处理及显示。无线网络系统中的硬件设备包括网络协调器、无线路由节点和无线终端节点。通过上述三类设备构建敬老院室内和室外的无线ZigBee网络，形成覆盖整个敬老院的无线网络。
安全监护信息管理系统处于整个系统的上层，包括安装在监控中心服务器中的上位机软件。底层的危险状态检测报警终端通过中间层的无线网络将各项信息传入上位机软件。上位机对数据进行处理之后将其存入数据库。同时，上位机软件能对数据库进行操作，对各类数据进行管理和显示。
基于上述技术方案，本发明的优点是：
实现了敬老院室内外全院环境下的老人危险状态检测及网络化监护，能够在老人发生危险状态时进行报警提醒，避免发生意外。
洗手间超时检测报警终端采用主动报警与被动检测相结合的方式和多红外传感器的算法实现对老人在洗手间内的行为进行检测。离床与大小便检测报警终端采取便捷实用的设计思路，提高了终端检测的可靠性。研究基于加速度传感器的跌倒检测算法和基于ZigBee的室内外区域定位算法，实现对老人跌倒检测及敬老院内的位置监控。在此基础上，设计手持式报警提醒终端，形成报警与应答闭环，提高了护理人员的工作效率。
附图说明
图1为本发明一种实施例的示意图。
图2是本发明实施例中洗手间超时检测报警流程图。
图3是本发明实施例中离床与大小便检测报警流程图。
图4是本发明实施例中跌倒检测报警流程图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
如图1所示，本例提供一种面向敬老院的老人危险状态检测及网络监护系统，包括：洗手间超时检测报警终端(1)、离床与大小便检测报警终端(7)、跌倒检测报警及定位终端(14)、护工提醒终端(20)、无线路由(25)、无线网关(28)和监控中心(31)。其中，洗手间超时检测报警终端(1)、离床与大小便检测报警终端(7)、跌倒检测报警及定位终端(14)、护工提醒终端(20)、无线路由(25)都能通过各自的ZigBee无线收发模块与无线网关(28)进行无线通信，无线网关(28)和监控中心(31)可通过网线进行通信。
本发明洗手间超时检测报警终端放置于洗手间内，如图2所示，首先检测洗手间门内外的两个红外传感器是否触发，两个传感器按顺序触发才能判断为老人进入洗手间，否则判断老人状态为在洗手间外，终端不做任何处理。老人进入洗手间后，计时器开始工作，如果老人停留在洗手间的期间主动按报警按钮，则蜂鸣器立即响起，终端通过ZigBee无线网络发出报警信息，通知护理人员前来解除老人的危机。同时检测马桶位置的红外传感器是否触发，以判断老人是在如厕或是进行其他活动，根据行为不同给定不同的时间阈值，再判断老人在洗手间内的各项时间是否超出对应的阈值。超过时间阈值则报警通知护理人员，未超出阈值范围则继续计时。老人在未超出时间阈值的情况下离开洗手间，则计时器停止工作，记录下本次老人在洗手间内停留时间，传输至监控中心进行数据储存。
本发明离床与大小便检测报警终端放置于敬老院老人房间内的床上。如图3所示，可执行离床检测任务和大小便检测任务。启动离床检测任务后，称重数据稳定之后记录本次称重数据，接着与上次称重数据进行对比，判断数据增大或减小。数据增大值超过所设阈值，则判断老人由离床转为在床状态，将平稳后的差值作为老人体重传输至上位机记录。数据减小值超过所设阈值，则判断老人由在床状态转为离床状态。根据离床的时段和情形决定是否通知护理人员进行处理。启动大小便检测任务后，当传感器湿度超过所设阈值时，报警响起，通知护理人员。主动报警器安装在床体附近，方便老人操作。在老人不舒服或有其他需要的时候，可按下主动报警按钮呼叫护理人员。
本发明跌倒检测报警及定位终端由老人随身携带，如图4所示，可执行跌倒检测任务和定位任务。跌倒检测报警与定位终端涉及到MPU6050惯性模块的数据处理，CC2530芯片的处理能力不够，所以选择了STM32F101C8T6芯片作为该终端的主控芯片。陀螺加速度计MPU6050模块，可以对三轴加速度、三轴角速度和三个姿态角进行测量，通过卡尔曼滤波减少输出的噪声，准确输出加速度和姿态角。利用人体三轴的合加速度和姿态角中俯仰角和滚转角较大的一个值作为特征量进行跌倒检测。定位任务通过终端ZigBee无线收发模块以固定频率向四周发送报文，当无线路由接收到包含老人ID信息的报文之后，再将无线路由的位置信息发送给跌倒检测报警及定位终端。跌倒检测报警及定位终端的微处理器对多个路由位置信息进行处理，以信号强度为判断标准，选取信号强度最高的四个无线路由的位置作为老人的参考位置，实现老人室内外位置的监控。老人的室内外位置信息通过无线网络传输至无线网关(28)，再由无线网关传输给监控中心。
本发明无线路由布置于敬老院室内走廊、老人房间内和室外太阳能灯杆处，用于扩张无线网络和作为室内外定位的参考基站。每个房间内布置一个无线路由，作为房间位置的参考基站，走廊每隔20m布置一个路由，室外每个太阳能灯杆布置一个路由。
本发明无线网关(28)中包括ZigBee无线收发模块(29)和主控模块(30)，ZigBee无线收发模块(29)接收到来自无线路由(25)转发的老人危险状态信息，主控模块(30)会对老人危险状态信息进行处理，并将老人危险状态信息传输给监控中心(31)。
本发明监控中心(31)接收来自无线网关(28)的老人危险状态信息，对老人的危险状态信息进行处理，可在显示器(34)上进行显示。如果判断老人的危险状态信息为异常，监控中心将异常信息传输给无线网关(28)，再由无线网络传输给护工提醒终端进行报警提醒。
本发明护工提醒终端(20)中ZigBee无线收发模块(21)接收来自无线路由(25)的报警信息，主控模块(22)会对接收到的消息进行解析，同时触发报警提醒模块(24)，报警提醒模块(24)的提醒方式可以是震动、响铃或屏幕显示等。
以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明之形状、结构所作的等效变化均在本发明的保护范围内。
