一种基于ZigBee的居家养老监护系统论文和设计-徐岚清

全文摘要

本实用新型属于智能家居技术领域，涉及一种基于ZigBee的居家养老监护系统。一种基于ZigBee的居家养老监护系统，包括采集终端、ZigBee局域网、智能终端和远程监控中心。采集终端完成生理参数的采集，通过ZigBee发送模块发送到的局域网络中的ZigBee协调器中，ZigBee协调器通过对局域网络中的数据进行汇总后转发到智能终端，智能终端实现对医疗传感器的控制和对反馈回的数据进行分析、存储、显示及为居家老人获取其他便捷服务，同时用户选择是否将测量结果通过Internet网络上传到远程监控中心。本实用新型能为居家养老的老年人提供便捷的身体健康状态监护，使居家老人在足不出户的前提下，实现血压、血氧、脉搏参数的监测。

主设计要求

1.一种基于ZigBee的居家养老监护系统，其特征在于，包括采集终端、ZigBee局域网、智能终端和远程监控中心；所述的采集终端完成生理参数的采集，通过ZigBee发送模块发送到的局域网络中的ZigBee协调器中，ZigBee协调器通过对局域网络中的数据进行汇总后转发到智能终端，智能终端实现对医疗传感器的控制和对反馈回的数据进行分析、存储和显示，同时用户选择是否将测量结果通过Internet网络上传到远程监控中心；远程监控中心将上传的健康信息进行分析诊断后，通过Internet网络为居家老人提供专业的医疗咨询服务，整个系统的通信是双向通信；采集终端包括ZigBee发送模块和医疗传感器，医用传感器对居家老人的各项生理健康参数进行采集，通过ZigBee发送模块发送到的局域网络中的ZigBee协调器中，ZigBee局域网用于连接智能终端和采集终端，智能终端和采集终端通过ZigBee局域网进行通讯；智能终端包括显示模块和本地数据库；智能终端通过ZigBee局域网实现与采集终端的通讯，控制采集终端进行相关生理参数的采集，并通过此网络接收返回的测量结果；远程监控中心接收Internet网络发来的被监测老人的各种健康信息，获取所有居家老人上传的实时健康数据，并将求助报告存储到远程监控中心的SQLServer数据库。

设计方案

1.一种基于ZigBee的居家养老监护系统，其特征在于，包括采集终端、ZigBee局域网、智能终端和远程监控中心；

所述的采集终端完成生理参数的采集，通过ZigBee发送模块发送到的局域网络中的ZigBee协调器中，ZigBee协调器通过对局域网络中的数据进行汇总后转发到智能终端，智能终端实现对医疗传感器的控制和对反馈回的数据进行分析、存储和显示，同时用户选择是否将测量结果通过Internet网络上传到远程监控中心；远程监控中心将上传的健康信息进行分析诊断后，通过Internet网络为居家老人提供专业的医疗咨询服务，整个系统的通信是双向通信；

采集终端包括ZigBee发送模块和医疗传感器，医用传感器对居家老人的各项生理健康参数进行采集，通过ZigBee发送模块发送到的局域网络中的ZigBee协调器中，ZigBee局域网用于连接智能终端和采集终端，智能终端和采集终端通过ZigBee局域网进行通讯；

智能终端包括显示模块和本地数据库；智能终端通过ZigBee局域网实现与采集终端的通讯，控制采集终端进行相关生理参数的采集，并通过此网络接收返回的测量结果；

远程监控中心接收Internet网络发来的被监测老人的各种健康信息，获取所有居家老人上传的实时健康数据，并将求助报告存储到远程监控中心的SQL Server数据库。

2.如权利要求1所述的一种基于ZigBee的居家养老监护系统，其特征在于，所述的ZigBee发送模块负责整个采集终端的数据传递与存储，与ZigBee协调器共同调用串口操作驱动函数，同时ZigBee协调器负责数据的简析与打包，按照通信协议与智能终端之间完成通信，实现整体功能。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于智能家居技术领域，涉及一种基于ZigBee的居家养老监护系统。

背景技术

随着我国老龄化的情况日趋加剧，社会养老资源有限，国家卫生和计划生育委员会最新的数据统计显示，我国人口老龄化快速增加的同时我国各地区的慢性疾病的诊断率和死亡率也在逐年升高，本系统是为满足居家老人家庭养护需求的一种居家老人健康监护系统，针对居家老人的养老市场的需求，提出一种基于ZigBee的居家养老监护系统。在原有的组合式居家老人健康信息采集的基础研究上，对佩戴式生理参数采集实用新型进行了优化及改进，介绍了平台构建中生理参数采集模块的硬件和软件的设计实现，为居家老年在家养老人提供一个科学、安全、舒适的健康监护环境。

目前市场上的居家养老系统大多都实现功能相对单一，且大多需要与监护设备连接、系统整体的复杂度较高、使用过程繁琐、维护成本极高、设备较为笨重、系统整体柔性较差等缺陷，居家老人使用较为不便，使用过程大多需要相应的护理人员协助。使用传统的居家养老监护设备对居家老人进行健康参数采集过程中易给老人带来较大的心理压力，对居家老人养老生活质量有一定影响。

实用新型内容

本实用新型主要侧重于室内定位以及常规生理指标数据的自动采集处理，如血氧、血糖、脉搏、血压等，可以通过佩戴腕表的形式实现对医疗信息的自动采集，减少了传统监护设备与医疗护理设备间的线路连接。在获得较为准确的测量参数的同时，在老人熟悉的环境中进行，减少老人测量时的心理压力，同时缩短了护理人员和老人之间的距离，减少老人和护理人员的路途奔波，大大提高了居家养老的生活质量。

本系统由采集终端、ZigBee无局域网络、智能终端、远程监控中心四部分组成，侧重于室内定位以及常规生理指标数据的自动采集处理，如血氧、血糖、脉搏、血压等，可以通过佩戴腕表的形式实现对医疗信息的自动采集，减少了传统监护设备与医疗护理设备间的线路连接。

本实用新型的技术方案如下：

一种基于ZigBee的居家养老监护系统，包括采集终端(腕表)、ZigBee局域网、智能终端和远程监控中心。

所述的采集终端(腕表)完成生理参数的采集，通过ZigBee发送模块发送到的局域网络中的ZigBee协调器中，ZigBee协调器通过对局域网络中的数据进行汇总后转发到智能终端，智能终端实现对医疗传感器的控制和对反馈回的数据进行分析、存储、显示及为居家老人获取其他便捷服务，同时用户选择是否将测量结果通过Internet网络上传到远程监控中心。远程监控中心将上传的健康信息进行分析诊断后，通过Internet网络为居家老人提供专业的医疗咨询服务，整个系统的通信是双向通信。

腕表位于整个系统的最低层，腕表是实现人体生理信号获取、原始数据分析、数据传输的多功能佩戴式采集模块，它是本系统中至关重要的前端设备。腕表包括ZigBee发送模块和医疗传感器，医用传感器对居家老人的各项生理健康参数进行采集，通过ZigBee发送模块发送到的局域网络中的ZigBee协调器中，ZigBee局域网用于连接智能终端和腕表，智能终端和腕表通过ZigBee局域网进行通讯。

所述的医疗传感器是基于光电容积脉搏波描记法(Photoplethysmography，PPG)。

ZigBee发送模块负责整个采集终端的数据传递与存储，与ZigBee协调器共同调用串口操作驱动函数，同时ZigBee协调器负责数据的简析与打包，按照通信协议与智能终端之间完成通信，实现整体功能。

智能终端是本系统的核心组成，是连接监测老人和远程监护中心及家属的重要中间连接环节，是控制整个系统正常运转的核心环节。

智能终端包括显示模块、本地数据库、对腕表对生理参数采集和获取其他服务。智能终端通过ZigBee局域网实现与腕表的通讯，控制腕表进行相关生理参数的采集，并通过此网络接收返回的测量结果。智能终端显示测量结果，用户选择是否将测量结果上传到远程监护中心，同时用户每次测量结果会自动保存到智能终端的本地数据库中，形成用户的健康信息档案，便于用户查询，为居家老人健康的日常生活提供科学的指导。

远程监控中心是本系统的上层设备，是整个系统的远程数据监控中心、居家老人健康信息管理中心。远程监控中心接收Internet网络发来的被监测老人的各种健康信息，获取所有居家老人上传的实时健康数据、求助报告存储到SQL Server数据库。SQL Server数据库记录和存储所有监护设备上传的各种数据，并分析居家老人的各种生理的数据，实现同时能对多个居家老人实时的健康监护，监护中心的医生可以对检测数据分析结果对居家老人进行远程诊断。

进一步的，所述的居家养老监护系统还具备室内定位功能，室内定位功能除了可以记录居家老人日常行动和现代智能家具进行通信连接，还可以在居家老人需要紧急救助时，提供准确的位置信息。

老人佩戴的腕表采用佩戴式生理参数采集系统，佩戴式生理参数采集系统基于光学传感器的无创测量方法采集血压、脉搏、血氧生理参数。佩戴式生理参数采集系统采集血糖是基于外接专业血糖仪，采用微创式血糖测量方法。血糖仪和腕表通过USB串口连接，通过USB串口实现对血糖仪的通讯控制。在腕表电量过低时，通过该USB口进行充电。

佩戴式生理参数采集系统摒弃了传统的MCU+RF模式，采用新型的CC2530作为MCU。CC2530集成的片上系统，有效的解决了无线通讯的问题，系统相对功耗较低。CC2530是针对2.4GHz,IEEE802.15.4标准、ZigBee和RF4CE的一个片上系统解决方案。CC2530是具有RF收发器的优良胜能，同时内嵌标准的增强型8051CPU，内置8-KB RAM可编程闪存。硬件支持CSMA\/CA，具有8路输入和12位可配置分辨率的ADC，AES安全协处理器，21个通用vo引脚。

具体的数据格式为:8位数据位、1位停止位、无校验，无流控制。波特率为固定的9600bps，数据包(16进制)格式。血氧、脉搏、血压的采集采用的是集成的基于反射的光电式传感器。传感器在接收到采集命令后持续发送数据，主机仅在需要时传输命令。监护模块在接收到单片机发送的开始监测命令后，分别对用户的血压、血氧、脉搏生理参数进行采集，并将采集到的数据通过串口发给单片机，对于超出取值范围的参数，视为测量错误并发出提示。腕表将采集到的生理参数信息通过ZigBee网络发送到智能终端。

由于监护对象的移动，居家老人的位置信息又较为重要，因此网络模块采用的是近距离、复杂度低、功耗相对较低的ZigBee无线传感器网络。ZigBee是一种特殊的无线移动通信传感网络，网络自身根据路由策略参与分组转发和路由维护。在没有其它网络基础硬件设备的条件下，这个特点仍可提供正常通信所需要的网络支持。Ad hoc网络没有严格的控制中心，所有节点在网络中的地位是平等，即节点具有相同的通信功能。任何节点出现故障或是毁坏整个网络的通信质量不会因此受到威胁，具有较强的自愈性。在该监护系统中，每个节点的功能都是相同的，每个节点即使可以对数据的处理也同时是网络数据的转发中心，在数据传输过程中能很好地保护数据不丢失。

本实用新型的有益效果：

1.居家养老监护系统主要为居家养老的老年人提供便捷的身体健康状态监护，使居家老人在足不出户的前提下，实现血压、血氧、脉搏参数的监测。

2.实现居家老人的室内定位，便于居家老人有突发状况时的紧急救治，同时老人的实时位置信息便于与现代智能家具控制预留通信接口。

3.居家老人的身体健康状况可以及时有效的通过网络传输到远程监护中心和其监护人，便于其监护人掌握居家老人身体健康信息。本实用新型具有工作稳定、集成度高、适应性强、佩戴方便的特点，减少了传统监护设备与医疗护理设备间的线路连接。在获得较为准确的测量参数的同时，在老人熟悉的环境中进行，减少老人测量时的心理压力，同时缩短了护理人员和老人之间的距离，减少老人和护理人员的路途奔波，大大提高了居家养老的生活质量。

4.易于操作的PAD软件平台，便于居家老人的使用。同时为居家老人提供一些本地便捷生活服务接口。居家养老监护实用新型是针对居家老人群体而设计，实用新型通过给居家老人佩戴腕表的形式采集居家老人的生理参数。将腕表和智能监护终端通过局域网络连接，保证其数据在传输过程中，数据稳定无丢失，局域网络安全准确，实用新型整体工作稳定可靠。

附图说明

图1为ZigBee居家养老监护系统结构图。

图2为ZigBee组网流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本实用新型进一步详细说明。

一种基于ZigBee的居家养老监护系统，包括采集终端(腕表)、ZigBee局域网、智能终端和远程监控中心。居家养老监护系统结构如图1所示，在生理参数采集终端，居家老人通过佩戴的腕表完成生理参数的采集，并通过ZigBee发送模块发送到的局域网络中的ZigBee协调器中。ZigBee网络协调器通过对局域网络中的数据进行汇总后转发到智能终端，智能终端主要实现对医疗传感器的控制和对反馈回的数据进行分析、存储、显示及为居家老人获取其他便捷服务，同时居家老人可以选择是否将测量结果通过Internet网络上传到远程监控中心。远程监控中心将上传的老人健康信息进行分析诊断后，通过Internet网络为居家老人提供专业的医疗咨询服务，整个系统的通信是双向。

该系统还具备室内定位功能，室内定位功能除了可以记录居家老人日常行动和现代智能家具进行通信连接，还可以在居家老人需要紧急救助时，提供准确的位置信息。腕表位于整个系统的最低层，腕表是实现人体生理信号获取、原始数据分析、数据传输的多功能佩戴式采集模块，它是本系统中至关重要的前端设备。腕表包括ZigBee发送模块和医疗传感器。ZigBee局域网用于连接智能终端和腕表，两者通过ZigBee局域网进行通讯。医用传感器对居家老人的各项生理健康参数进行采集。ZigBee发送模块负责整个采集终端的数据传递与存储，与ZigBee协调器共同调用串口操作驱动函数，同时ZigBee协调器负责数据的简析与打包，按照通信协议与智能终端之间完成通信，实现整体功能。

智能终端是本系统的核心组成，是连接监测老人和远程监护中心及家属的重要中间连接环节，是控制整个系统正常运转的核心环节。

进一步的，所述的医疗传感器是基于光电容积脉搏波描记法((Photoplethysmography,PPG)来实现的。

老人佩戴的腕表采用佩戴式生理参数采集系统，佩戴式生理参数采集系统采集血压、脉搏、血氧等生理参数基于光学传感器的无创测量方法。

佩戴式生理参数采集血糖的采集是基于外接专业血糖仪，采用微创式血糖测量方法。血糖仪和腕表通过USB串口连接，通过USB串口实现对血糖仪的通讯控制。在腕表电量过低时，通过该USB口进行充电。

如图2所示，ZigBee组建的网络，首先要对网络设备进行参数化配置，即在同一个网络中，所有的设备都要将PANID,Ch_e1等参数设置为同一值。而每个设备的设备具体细节的配置参数(Coordinator,Router,EndDevice等)可以为不同配置的值，为确保有一个的正确设备作为协调器被配置，所以ZCD-NV-LOGICAL-TYPE必须被配置。如果有两个及以上的最低能量信号通道，协调器会优先选择在ZigBee网络中排列序号较小的信号通道。协调器将选择用ZCD-NV-PANID参数指定的网络。路由器和终端设备将扫描用ZCDJW-CHANLIST配置参数制定的网络ID。路由器和终端设备将扫描用ZCDJW-CHANLIST配置参数制定的通道和试图发现ID为ZCD-NV-PANID参数指定的网络。在紧急救助情况时，老人的具体位置信息对于监护人员来说十分重要，精确的位置信息，可以为医护人员赢取更多宝贵的救助时间，同时老人的位置信息也可为现代智能家具提供有效的通信接口。为达到精确的室内定位，本系统优化了传统的RSSI定位算法，网络中的移动节点通过测量来自参考节点信号的信号强度，判断其与之间的距离，然后基于多边测量极大似然估计法算出移动节点的坐标。

设计图

一种基于ZigBee的居家养老监护系统论文和设计

一种基于ZigBee的居家养老监护系统论文和设计-徐岚清

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主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

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