基于物联网的老年人室内监护方法及系统

1.基于物联网的老年人室内监护系统，其特征在于，由盲节点、压力节点、参考节点和
嵌入式网关组成，所述的盲节点分别与参考节点、压力节点和嵌入式网关连接，嵌入式网关
与参考节点连接；所述的盲节点包括：三轴加速度传感器模块、处理器模块、无线通信模块
和能量供应模块；所述的压力节点包括压力传感器、处理器模块、无线通信模块和能量供应
模块；所述的参考节点包括：处理器模块、无线通信模块和能量供应模块；所述的盲节点利
用三轴加速度传感器检测老年人的运动信息，根据该运动信息并结合压力节点所提供的压
力数据判断老年人当时所处的姿态，所述的姿态包括跌倒、坐、立、行和卧；所述的盲节点还
用于向周围的参考节点广播定位请求数据包，各参考节点将该定位请求数据包中的接收信
号强度值提取出来并打包发送给嵌入式网关；嵌入式网关采用三边定位算法或就近原则计
算出老年人的位置并在嵌入式网关的显示屏实时显示老年人的位置和姿态；若有三个参考
节点时，则各参考节点布置于等边三角形的顶点上；若有四个参考节点时，则各参考节点布
置于正方形的顶点上；所述的三轴加速度传感器模块选用飞思卡尔公司的MMA7260Q，处理
器模块和无线通信模块选用德州仪器公司的CC2530，能量供应模块采用装有电池的电池
盒，嵌入式网关选用TI公司的型号为OMAP3530的CORTEX-A8处理器，压力传感器采用力敏
电阻FSR 402或者FFS A401。
2. 基于物联网的老年人室内监护方法，其特征在于，采用以下步骤：
S1，盲节点利用三轴加速度传感器检测老年人的运动信息，根据该运动信息并结合压
力节点所提供的压力数据判断老年人当时所处的姿态；其中，所述的运动信息包括：X轴、Y
轴和Z轴三个方向上的加速度值；老年人在室内的姿态共有5种：跌倒、坐、立、行和卧，三
轴加速度传感器根据该运动信息结合压力传感器所提供的压力数据判断老年人的姿态：当
老年人静止时，三轴加速度传感器在X轴、Y轴和Z轴三个方向上的输出值基本不变；当老
年人运动时，三轴加速度传感器在X轴和Y轴方向上的输出值有变化，Z轴方向上的输出值
基本不变；当老年人跌倒时，三轴加速度传感器在Z轴方向上的输出值有明显变化；利用三
轴加速度传感器区分跌倒、行走和静止三种情况，静止情况包括坐、立和卧三种姿态，这三
种姿态的区分利用压力传感器：在鞋里放入带有压力传感器的压力节点，当老年人站时压
力最大，老年人坐时压力次之，老年人卧时压力最小；所述的盲节点包括：三轴加速度传感
器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块；所述的压力节点包括压力传感器、处
理器模块、无线通信模块和能量供应模块；
S2，盲节点向周围的参考节点广播定位请求数据包，各参考节点将该定位请求数据包
中的接收信号强度值提取出来并打包发送给嵌入式网关；若有三个参考节点时，则各参考
节点布置于等边三角形的顶点上；若有四个参考节点时，则各参考节点布置于正方形的顶
点上；所述的参考节点包括：处理器模块、无线通信模块和能量供应模块；
S3，嵌入式网关采用三边定位算法或就近原则计算出老年人的位置并在嵌入式网
关的显示屏实时显示老年人的位置和姿态；其中，嵌入式网关采用三边定位算法或就
近原则计算老年人的位置具体包括：当嵌入式网关接收到等于3个的接收信号强度
值时，根据能量衰减模型将3个接收信号强度值转换成相应的距离值，再根据三边定
位算法得到包含盲节点坐标的三个距离方程，求解该方程组，得盲节点的坐标即此刻
老年人的位置；当嵌入式网关接收到大于3个的接收信号强度值时，先将这些值分成 组，其中n是接收信号强度值的数目；然后根据能量衰减模型将这些接收信号强度值转
换成相应的距离值并对每一组分别采用三边定位算法，最后对这些平面坐标值取均值即为
老年人的位置；当嵌入式网关接收到小于3个的接收信号强度值时采用就近原则确定老年
人的位置：嵌入式网关比较所述的参考节点所发送的各个接收信号强度值的大小，哪一个
值大则认为老年人位于发送该值的参考节点的附近；
S4，如果所述的姿态数据表示“老年人跌倒”，则嵌入式网关向其家属和救助人员发送
包含位置和跌倒状态的求助短信。

基于物联网的老年人室内监护方法及系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及基于物联网的老年人室内监护方法及系统，属于物联网信息技术领域。\n背景技术\n[0002] 人口老龄化是一个全球性问题，我国的老龄化现状尤其严峻，因此如何实现老年人的安全监护成为人们讨论的热点和焦点，这里所说的安全监护尤其是监护老年人的意外摔倒，从而可以实现在老年人意外摔倒后能及时对其进行救护，大大减小意外事故发生的概率。现有老年人监控系统，采用加速度传感器(单轴或双轴加速度传感器)检测老年人是否跌倒并同时利用视频设备监控来监控老年人其他的姿态比如坐立行卧等。\n[0003] 但是采用视频设备来监控记录老年人的举止活动，很容易侵犯老年人的个人隐私，使老年人很难从心理上接受；另外，现有的老年人监控系统还需室内布线，不仅会破坏室内原有的布局，而且还增加了额外的布线开销。\n发明内容\n[0004] 本发明的目的在于，提供一种基于物联网的老年人室内监护方法及系统，它既能保护老年人的个人隐私，使得老年人心理上容易接受监控，而且还能不破坏室内原有的布局，并为使用者节约开销。\n[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：基于物联网的老年人室内监护方法，包括以下步骤：\n[0006] S1，盲节点利用三轴加速度传感器检测老年人的运动信息，根据该运动信息并结合压力节点所提供的压力数据判断老年人当时所处的姿态；\n[0007] S2，盲节点向周围的参考节点广播定位请求数据包，各参考节点将该定位请求数据包中的接收信号强度值提取出来并打包发送给嵌入式网关；\n[0008] S3，嵌入式网关计算出老年人的位置并在嵌入式网关的显示屏实时显示老年人的位置和姿态。\n[0009] 其中步骤S1中所述的姿态包括：坐、立、行、卧和跌倒等。\n[0010] 步骤S2中所述的接收信号强度值用于计算盲节点到参考节点的距离。\n[0011] 前述的基于物联网的老年人室内监护方法中，步骤S1所述的运动信息包括：X轴、Y轴和Z轴三个方向上的加速度值，所述的加速度值即(V2-V1)/t。\n[0012] 前述的基于物联网的老年人室内监护方法中，所述方法还包括：\n[0013] S4，如果所述的姿态数据表示“老年人跌倒”，则嵌入式网关向其家属和救助人员发送包含位置和跌倒状态的求助短信，从而可以实现在现场无人监控时，家属仍然能够了解到家中老年人的状况，并老年人意外跌倒时家属和救助人员能够及时准确的寻找到老年人进行救护，大大减少了意外状况发生的概率。\n[0014] 所述的嵌入式网关包括：GPRS模块或CDMA模块或3G模块，从而可以实现嵌入式网关发送求助短信个老年人家属及救助人员。\n[0015] 前述的基于物联网的老年人室内监护方法中，步骤S3所述的计算出老年人的位置采用三边定位算法或就近原则。其中，当嵌入式网关接收到大于等于3个的接收信号强度值时采用三边定位算法，当嵌入式网关接收到小于3个的接收信号强度值时采用就近原则，从而实现老年人室内的准确定位，这样既可以使得家属和救助人员了解老年人室内的活动路线，又可以在老年人跌倒时准确确定老年人的位置以便进行及时的救助。\n[0016] 前述的基于物联网的老年人室内监护方法中，步骤S1中所述的盲节点包括：三轴加速度传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块，所述的三轴加速度传感器模块即步骤S1中提到的三轴加速度传感器；步骤S1中所述的压力节点包括压力传感器、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块。\n[0017] 前述的基于物联网的老年人室内监护方法中，步骤S2所述的参考节点包括：处理器模块、无线通信模块和能量供应模块。\n[0018] 实现前述方法的基于物联网的老年人室内监护系统，包括：\n[0019] 盲节点、压力节点、参考节点和嵌入式网关，盲节点分别与参考节点、压力节点和嵌入式网关连接，嵌入式网关与参考节点连接。\n[0020] 所述的嵌入式网关包括：GPRS模块或CDMA模块或3G模块。\n[0021] 前述的基于物联网的老年人室内监护系统中，所述的盲节点包括：三轴加速度传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块，所述的三轴加速度传感器模块即三轴加速度传感器；所述的压力节点包括压力传感器、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块。\n[0022] 前述的基于物联网的老年人室内监护系统中，所述的参考节点包括：处理器模块、无线通信模块和能量供应模块。\n[0023] 前述的基于物联网的老年人室内监护系统中，所述的三轴加速度传感器模块选用飞思卡尔公司的MMA7260Q，处理器模块和无线通信模块选用德州仪器公司的CC2530，能量供应模块采用装有电池的电池盒，嵌入式网关选用TI公司的型号为OMAP3530的CORTEX-A8处理器，压力传感器采用力敏电阻FSR 402或者FFS A401，采用上述型号的模块可以使盲节点和参考节点中的各个硬件模块中的信号之间及其与嵌入式网关中的信号之间完全匹配，而且使本系统的成本最低，有利于在家庭大力推广应用。\n[0024] 与现有技术相比，本发明中盲节点利用三轴加速度传感器判断老年人所处的姿态，这里所说的三轴加速度传感器和现有的老年人监控系统中使用的加速度传感器相比，不仅可以判断老年人是否跌倒，还可以判断包括坐立行卧等姿态，方便家属了解老年人的生活状况，同时嵌入式网关利用参考节点发送的接收信号强度值来计算老年人的位置，从而实现了对老年人的安全实时监护，并且还很好的保护了老年人的个人隐私，容易被老年人接受。此外，本发明是基于物联网的监控系统，无需室内布线，不仅不会破坏室内原有的布局，而且还能为使用者节约布线成本。另外，本发明中如果所述的姿态数据表示“老年人跌倒”，则嵌入式网关向其家属和救助人员发送包含位置和跌倒状态的求助短信，从而可以实现在现场无人监控时，家属仍然能够了解到家中老年人的状况，并老年人意外跌倒时家属和救助人员能够及时准确的寻找到老年人进行救护，大大减少了意外状况发生的概率。\n据大量数据统计表明，设置此求助短信报警功能后，老年人意外跌倒被及时救护并且避免了意外状况发生的概率提高了80％。此外，本发明计算出老年人的位置采用三边定位算法或就近原则。其中，当嵌入式网关接收到大于等于3个的接收信号强度值时采用三边定位算法，当嵌入式网关接收到小于3个的接收信号强度值时采用就近原则，从而实现老年人室内的准确定位，这样既可以使得家属和救助人员了解老年人室内的活动路线，又可以在老年人跌倒时准确确定老年人的位置以便进行及时的救助。最后，本发明中所述的三轴加速度传感器模块选用飞思卡尔公司的MMA7260Q，处理器模块和无线通信模块选用德州仪器公司的CC2530，能量供应模块选用两节5号电池和电池盒来实现，嵌入式网关选用TI公司的型号为OMAP3530的CORTEX-A8处理器，压力传感器采用力敏电阻FSR 402或者FFS A401，采用上述型号的模块可以使盲节点和参考节点中的各个硬件模块中的信号之间及其与嵌入式网关中的信号之间完全匹配，而且使本系统的成本最低，有利于在家庭大力推广应用。\n附图说明\n[0025] 图1是本发明的一种实施例的结构示意图；\n[0026] 图2是本发明的另一种实施例的结构示意图；\n[0027] 图3是本发明中盲节点的结构示意图；\n[0028] 图4是本发明中压力节点的结构示意图；\n[0029] 图5是本发明中参考节点的结构示意图；\n[0030] 图6是本发明的一种实施例的工作流程图。\n[0031] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。\n具体实施方式\n[0032] 本发明的实施例：基于物联网的老年人室内监护方法，包括以下步骤：\n[0033] S1，盲节点利用三轴加速度传感器检测老年人的运动信息，根据该运动信息并结合压力节点所提供的压力数据判断老年人当时所处的姿态；\n[0034] S2，盲节点向周围的参考节点广播定位请求数据包，各参考节点将该定位请求数据包中的接收信号强度值提取出来并打包发送给嵌入式网关；\n[0035] S3，嵌入式网关计算出老年人的位置并在嵌入式网关的显示屏实时显示老年人的位置和姿态。\n[0036] 其中步骤S1中所述的姿态包括：坐、立、行、卧和跌倒等。\n[0037] 步骤S2中所述的接收信号强度值用于计算盲节点到参考节点的距离，具体的计算盲节点到参考节点的距离所采用的方法是：参考节点提取盲节点到参考节点的接收信号强度值，并将其发给嵌入式网关，嵌入式网关根据能量衰减模型将该接收信号强度值转换成相应的距离值。\n[0038] 上述方法中，步骤S1所述的运动信息包括：X轴、Y轴和Z轴三个方向上的加速度值，所述的加速度值即(V2-V1)/t。\n[0039] 上述方法中，所述方法还包括：\n[0040] S4，如果所述的姿态数据表示“老年人跌倒”，则嵌入式网关向其家属和救助人员发送包含位置和跌倒状态的求助短信，从而可以实现在现场无人监控时，家属仍然能够了解到家中老年人的状况，并老年人意外跌倒时家属和救助人员能够及时准确的寻找到老年人进行救护，大大减少了意外状况发生的概率。\n[0041] 所述的嵌入式网关包括：GPRS模块或CDMA模块或3G模块，嵌入式网关通过RS232串口将求助短信传送给GPRS/CDMA/3G模块，上述模块将该短信以无线的形式传送出去，从而实现嵌入式网关发送求助短信给老年人家属及救助人员。\n[0042] 上述方法中，步骤S3所述的计算出老年人的位置采用三边定位算法或就近原则。\n其中，当嵌入式网关接收到等于3个的接收信号强度值时，根据能量衰减模型将3个接收信号强度值转换成相应的距离值，再根据三边定位算法得到包含盲节点坐标的三个距离方程，然后求解该方程组就可以计算出盲节点的坐标，即此刻老年人的位置；当嵌入式网关接收到大于3个的接收信号强度值时，先将这些值分成 组，其中n是接收信号强度值的数目，然后根据能量衰减模型将这些接收信号强度值转换成相应的距离值并对每一组分别采用三边定位算法，最后对这些平面坐标值取均值即为老年人的位置；当嵌入式网关接收到小于3个的接收信号强度值时采用就近原则来确定老年人的位置，实现老年人室内的准确定位，这样既可以使得家属和救助人员了解老年人室内的活动路线，又可以在老年人跌倒时准确确定老年人的位置以便进行及时的救助。\n[0043] 所述的就近原则是指：嵌入式网关比较所述的参考节点所发送的各个接收信号强度值的大小，哪一个值大则认为老年人就位于发送该值的参考节点的附近。\n[0044] 上述方法中，步骤S1所述的盲节点包括：三轴加速度传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块，所述的三轴加速度传感器模块即步骤S1中提到的三轴加速度传感器，所述的能量供应模块通常选用微型电池；步骤S1中所述的压力节点包括压力传感器、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块。\n[0045] 上述方法中，步骤S2所述的参考节点包括：处理器模块、无线通信模块和能量供应模块，所述的能量供应模块通常选用微型电池。\n[0046] 实现上述方法的基于物联网的老年人室内监护系统，如图1所示，包括：\n[0047] 盲节点、压力节点、参考节点和嵌入式网关，盲节点分别与参考节点、压力节点和嵌入式网关连接，嵌入式网关与参考节点连接。\n[0048] 所述的嵌入式网关包括：GPRS模块或CDMA模块或3G模块，嵌入式网关通过RS232串口将求助短信传送给GPRS/CDMA/3G模块，上述模块将该短信以无线的形式传送出去，从而实现嵌入式网关发送求助短信给老年人家属及救助人员(如图2所示)。\n[0049] 上述系统中，所述的盲节点(如图3所示)包括：三轴加速度传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块，所述的三轴加速度传感器模块即三轴加速度传感器，所述的能量供应模块通常选用微型电池；所述的压力节点(如图4所示)包括压力传感器、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块。\n[0050] 上述系统中，所述的参考节点(如图5所示)包括：处理器模块、无线通信模块和能量供应模块，所述的能量供应模块通常选用微型电池。\n[0051] 上述系统中，所述的参考节点的布置不是随机的，而是根据室内结构以及最佳定位效果布置参考节点。例如，有三个参考节点时，各节点布置于等边三角形的顶点；有四个参考节点时，各节点布置于正方形的顶点。\n[0052] 上述系统中，所述的三轴加速度传感器模块选用飞思卡尔公司的MMA7260Q，处理器模块和无线通信模块选用德州仪器公司的CC2530，能量供应模块选用两节5号电池和电池盒来实现，嵌入式网关选用TI公司的型号为OMAP3530的CORTEX-A8处理器，压力传感器采用力敏电阻FSR 402或者FFS A401，采用上述型号的模块可以使盲节点和参考节点中的各个硬件模块中的信号之间及其与嵌入式网关中的信号之间完全匹配，而且使本系统的成本最低，有利于在家庭大力推广应用。\n[0053] 本发明的一种实施例的工作流程：(如图6所示)\n[0054] S1，盲节点利用三轴加速度传感器检测老年人的运动信息，并根据该运动信息结合压力节点所提供的压力数据判断老年人当时所处的姿态；\n[0055] S2，盲节点向周围的参考节点广播定位请求数据包，各参考节点将该定位请求数据包中的接收信号强度值提取出来并打包发送给嵌入式网关；\n[0056] S3，嵌入式网关计算出老年人的位置并在嵌入式网关的显示屏实时显示老年人的位置和姿态。\n[0057] 三轴加速度传感器判断老年人姿态的工作原理：\n[0058] 运动信息包括：X轴、Y轴和Z轴三个方向上的加速度值，老年人在室内的姿态共有\n5种：跌倒、坐、立、行和卧，三轴加速度传感器根据该运动信息结合压力传感器所提供的压力数据判断老年人姿态。比如，当老年人静止时，三轴加速度传感器在X轴、Y轴和Z轴三个方向上的输出值基本不变；当老年人运动时，三轴加速度传感器在X轴和Y轴方向上的输出值有变化，Z轴方向上的输出值基本不变；当老年人跌倒时，三轴加速度传感器在Z轴方向上的输出值有明显变化。利用三轴加速度传感器很容易区分跌倒、行走和静止三种情况，但是静止情况又包括了坐、立和卧三种姿态，这三种姿态的区分需要利用压力传感器。如鞋里放入带有压力传感器的压力节点，老年人站时压力最大，老年人坐时压力次之，而老年人卧(躺下休息)时压力最小。\n[0059] 本发明的一种实施例中嵌入式网关对老年人进行定位的原理：\n[0060] 当嵌入式网关接收到分别来自参考节点a和b发送的接收信号强度值A和B时，如果A＞B，则判定老年人位于参考节点a附近，如果A＜B，则判定老年人位于参考节点b附近。\n[0061] 当嵌入式网关接收到分别来自参考节点a、b和c发送的接收信号强度值1、2、3时，根据三边定位算法计算出盲节点的坐标P，那么可得老年人的位置是：盲节点的坐标P。\n[0062] 当嵌入式网关接收到分别来自参考节点a、b、c和d发送的接收信号强度值1、2、\n3、4时，首先将这些值分成4组，即分别为：1、2、3；1、2、4；1、3、4和2、3、4，对于第一组采用三边定位算法计算得平面坐标为P1；对第二组采用三边定位算法计算得平面坐标为P2；对第三组采用三边定位算法计算得平面坐标为P3；对第四组采用三边定位算法计算得平面坐标为P4，最后取均值得老年人的位置坐标为(P1+P2+P3+P4)/4。