基于ZigBee和LabVIEW的社区空巢老人监护系统设计

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1、基于ZigBee和LabVIEW的社区空巢老人监护系统设计[导读] 0引言随着社会经济的发展，人口流动性加大，家庭结构也在不断发生改变，越来越多的老年人单独居住，无人照料。据第六次人口普查数据显示，在有老年人的家庭中，空巢家庭占比已达到31.77%，伴随老龄化程度的加深， 0引言随着社会经济的发展，人口流动性加大，家庭结构也在不断发生改变，越来越多的老年人单独居住，无人照料。据第六次人口普查数据显示，在有老年人的家庭中，空巢家庭占比已达到31.77%，伴随老龄化程度的加深，空巢家庭的比重仍会迅速上升，同时老人的健康情况也会限制其子女的就业选择与工作时长，老年人的安全监护问题己成为社会关注的

2、焦点。目前，基于GSM的老人远程监护系统在国内得到推广，基于图像理解的家庭监护技术也在国外展开研究。然而，这些方法往往因为救助不及时或是老人病发时失去求救能力而错过最佳的救治时间，给家人带来遗憾。本文针对空巢老人的安全监护问题，设计了基于ZigBee和LabVIEW的社区空巢老人室内监护与报警系统。此系统以社区为单位对空巢老人进行统一的日常监护，实现跌倒检测、脉搏检测、求助报警、室内安全监测以及进门人员身份识别等多种功能，从多个角度关注老人的安全和健康状况，使子女在外更加安心。1系统总体设计社区空巢老人监护系统由终端节点、ZigBee网络和社区监护中心三部分组成。(1)终端节点。终端节点由

3、移动式监护仪、智能家居传感器、RFID门禁模块和ZigBee模块构成，分别放置在老人身上、厨房、房门等位置，用来实时采集室内监护的各项数据。这些数据经单片机处理后通过ZigBee模块发送到无线通信网络。(2)ZigBee网络。采用ZigBee协议，构建网状型拓扑结构，与用户端的ZigBee节点共同完成用户端向社区监护中心无线传输数据的功能。(3)社区监护中心。基于LabVIEW平台构建监护中心上位机系统，通过RS232串口实时接收各个用户单元发送的数据，同时存储并显示各用户的情况。一旦发生异常，系统会向监护人员发出警报，由监护人员确认老人的情况并及时采取措施进行处理。系统总体结构示意图如图

4、1所示。2系统硬件设计本系统的硬件设计包括用户端硬件设计和ZigBee网络节点硬件设计，共同完成监护参数的数据采集和无线传输。2.1用户端用户端作为监护系统的终端节点，主要完成空巢老人身体状况检测、家庭安防智能监控以及进门人员的身份识别等功能。用户端分为移动式监护仪、厨房燃气等检测仪和入户门禁模块。(1)移动式监护仪。老人随身携带的移动式监护仪终端节点，以STM32为核心，配以加速度传感器、脉搏传感器、报警按钮和无线发射模块，实现跌倒检测、脉搏监测和求助报警等功能。图2为监护仪硬件结构框图。其中，加速度传感器MPU6050用于老人的跌倒检测，当人在直立或行走时，z轴的加速度接近g，x轴和y

5、轴加速度约为0，而摔倒时三个轴向的加速度均会发生明显变化，通过与设定阈值比较，可以判断是否有跌倒发生;脉搏传感器(pulsesensor)是一款用于脉搏心率测量的光电反射式模拟传感器，将其佩戴于手指或耳垂处，通过单片机处理可将采集到的模拟信号转化为数字信号并得到人体的心率数值;报警按钮用来处理紧急事件，当突发疾病或有意外发生时，老人可以通过监护仪上的紧急报警按钮主动向小区监护中心发出报警求助信号;无线收发模块NRF24L01外形小巧，作为无线发射模块，可以减小监护仪的体积，更加便于携带，它将监护仪采集到的数据发送给与ZigBee节点相连的无线接收模块，再通过ZigBee节点传送到ZigBe

6、e网络中，从而实现无线传输的目的。(2)燃气检测仪和温湿度检测仪。在厨房安装的温湿度检测模块和燃气检测模块，作为系统的终端节点，具有监测室内安全的功能。随着生活水平的发展和电子信息技术的进步，越来越多的家庭使用家庭监控系统对家居进行智能监控。而老年人随着年龄的增长，听觉和嗅觉等均发生退化，记忆力不断下降，当室内出现安全隐患时往往很难察觉，因此家庭的智能监控更应该普及到空巢家庭中。本系统选用烟雾气敏传感器MQ-2和温湿度传感器DHT11监测厨房的燃气浓度和各房间的温湿度，各模块以支持ZigBee协议的CC2430作为核心芯片。CC2430芯片具备MCS-51内核、EEPROM、非易失性存储器

7、和多种IO接口，既可以完成普通单片机的所有工作，又能使用片内的无线收发组件完成所有有关ZigBee网络传输的工作，将传感器节点采集的数据进行处理并传输。(3)入户门禁模块。安装在门上的基于射频识别技术的门禁模块，作为系统的终端节点，主要由射频卡、读卡器、电磁锁和ZigBee模块组成。当用户进门时，射频卡靠近读卡器，其中的ID卡号被读卡器读取后送入ZigBee模块中的CC2430芯片中，通过单片机核对处理确定卡号的进门权限