基于可穿戴设备和物联网技术的独居老人监护系统的设计与实现

摘要

我国已逐渐步入老龄化社会，并且老年人口迅速增长的趋势将会长期保持，这无疑会使我国的养老体系面临巨大挑战。独居老人的监护问题是人口老龄化衍生出来的重大难题。随着对独居老人监护的投入日益增大，人们对采用智能监护系统解决独居老人护理问题的呼声也越来越高。
　　随着半导体、超大规模集成电路和计算机等领域的发展，物联网技术呈现出井喷式发展趋势。ZigBee、Bluetooth以及WIFI作为物联网无线通信技术的代表，在最近十年得到了巨大完善，并已被广泛应用到智能家居、智能安防、工业控制、环境监测、楼宇自动化以及消费电子等多个领域。
　　传感技术作为国家重点发展的前沿技术，在近几年内的巨大发展是毋庸置疑的。在可穿戴设备、消费电子等领域不断增长的需求的推动下，越来越多的新型传感技术被应用到可穿戴设备中。
　　本文将ZigBee、Bluetooth、WIFI三种物联网中常用通信技术与光学传感手环相结合，设计并实现了一种对独居老人进行全方位监护的智能监护系统，该系统对老人的生活环境、生理参数、室内活动信息进行多维度的采集，为老人的日常起居提供全方位的监护服务。本文的主要工作为:
　　(1)设计并实现了基于ZigBee的无线传感器网络，对老人生活环境的温湿度、光照、CO2等参数以及用水、用电情况进行监测;采用多个蓝牙4.0基站对老人所处房间进行区域定位，将监测数据和定位结果通过以太网传输至云平台。
　　(2)通过光学传感手环采集老人的生理参数。开发了与传感手环进行蓝牙通信的Android应用程序，采用HTTP协议上传采集结果。
　　(3)搭建了整个系统的数据中心—云平台，对各子系统上传的数据进行安全存储与分析;当老人生理参数或者生活环境出现异常时，及时发出警告。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．1．1 人口结构的老龄化

1．1．2 物联网通信技术的发展

1．1．3 传感技术的发展

1．2 国内外研究现状

1．3 研究内容及意义

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究意义

1．4 本文的组织架构

第二章 关键技术及平台简介

2．1 ZigBee无线传感器网络

2．1．1 ZigBee协议标准

2．1．2 ZStack协议栈

2．2 BLE4．0协议栈

2．3 Android操作系统

2．4 LAMP架构

2．5 HTTP协议

2．6 JSON

2．7 CC2530芯片简介

2．8 DA14580芯片简介

2．9 Cling智能手环简介

2．10 本章小结

第三章 系统需求分析与整体框架设计

3．1 系统需求分析

3．1．1 室内环境监测及用水用电量采集

3．1．2 老人生理参数监测

3．1．3 室内区域定位

3．1．4 无线传感器网络节点管理

3．1．5 云平台数据管理

3．2 系统整体框架设计

3．3 网络通信协议设计

3．4 本章小结

第四章 系统硬件设计与实现

4．1 ZigBee无线传感器网络

4．1．1 CC2530典型应用电路

4．1．2 温湿度传感器节点硬件设计

4．1．3 光照采集节点硬件设计

4．1．4 CO2传感器节点硬件设计

4．1．5 RS485无线抄表节点硬件设计

4．1．6 智能网关节点硬件设计

4．2 老人生理参数采集

4．3 BLE4．0室内定位节点硬件设计

4．4 本章小结

第五章 系统软件设计与实现

5．1 温湿度传感器节点软件设计

5．2 光照传感器节点软件设计

5．3 CO2传感器节点软件设计

5．4 无线抄表节点软件设计

5．5 ZigBee智能网关软件设计

5．6 生理参数采集安卓APP软件设计

5．7 室内定位蓝牙基站软件设计

5．8 系统云平台软件设计

5．8．1 数据库设计

5．8．2 PHP服务器脚本

5．8．3 前端界面设计

5．8．4 绘图控件

5．8．5 邮件、短信通知

5．9 本章小结

第六章 系统测试与结果分析

6．1 ZigBee环境采集子系统测试

6．2 生理参数采集子系统测试

6．3 BLE4．0室内定位子系统测试

6．4 云平台测试

6．4．1 用户管理

6．4．2 紧急告警

6．5 测试结果分析

第七章 总结与展望

7．1 论文工作总结

7．2 未来工作展望

参考文献

致谢