0 导言
跟着社会经济的开展，人口流动性加大，家庭结构也在不断产生改动，越来越多的老年人独自寓居，无人照顾。据第六次人口普查数据显现，在有老年人的家庭中，空巢家庭占比已达到31.77%，随同老龄化程度的加深，空巢家庭的比重仍会敏捷上升，一起白叟的健康状况也会约束其子女的作业挑选与作业时长，老年人的安全监护问题己成为社会重视的焦点。现在，依据GSM的白叟长途监护体系在国内得到推行，依据图画了解的家庭监护技能也在国外打开研讨。但是，这些办法往往由于救助不及时或是白叟病发时失掉求救才干而错失最佳的救治时刻，给家人带来惋惜。本文针对空巢白叟的安全监护问题，规划了依据ZigBee和LabVIEW的社区空巢白叟室内监护与报警体系。此体系以社区为单位对空巢白叟进行一致的日常监护，完结跌倒检测、脉息检测、求助报警、室内安全监测以及进门人员身份辨认等多种功用，从多个视点重视白叟的安全和健康状况，使子女在外愈加安心。
1 体系整体规划
社区空巢白叟监护体系由终端节点、ZigBee网络和社区监护中心三部分组成。
(1)终端节点。终端节点由移动式监护仪、智能家居传感器、RFID门禁模块和ZigBee模块构成，别离放置在白叟身上、厨房、房门等方位，用来实时收集室内监护的各项数据。这些数据经单片机处理后经过ZigBee模块发送到无线通讯网络。
(2)ZigBee网络。选用ZigBee协议，构建网状型拓扑结构，与用户端的ZigBee节点共同完结用户端向社区监护中心无线传输数据的功用。
(3)社区监护中心。依据LabVIEW渠道构建监护中心上位机体系，经过RS232串口实时接纳各个用户单元发送的数据，一起存储并显现各用户的状况。一旦产生反常，体系会向监护人员宣布警报，由监护人员承认白叟的状况并及时采纳办法进行处理。
体系整体结构示意图如图1所示。
2 体系硬件规划
本体系的硬件规划包含用户端硬件规划和ZigBee网络节点硬件规划，共同完结监护参数的数据收集和无线传输。
2.1 用户端
用户端作为监护体系的终端节点，首要完结空巢白叟身体状况检测、家庭安防智能监控以及进门人员的身份辨认等功用。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。白叟随身带着的移动式监护仪终端节点，以STM32为中心，配以加速度传感器、脉息传感器、报警按钮和无线发射模块，完结跌倒检测、脉息监测和求助报警等功用。图2为监护仪硬件结构框图。其间，加速度传感器MPU6050用于白叟的跌倒检测，当人在直立或行走时，z轴的加速度挨近g，x轴和y轴加速度约为0，而跌倒时三个轴向的加速度均会产生明显变化，经过与设定阈值比较，能够判别是否有跌倒产生;脉息传感器(pulse sensor)是一款用于脉息心率丈量的光电反射式模仿传感器，将其佩带于手指或耳垂处，经过单片机处理可将收集到的模仿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迫事件，当突发疾病或有意外产生时，白叟能够经过监护仪上的紧迫报警按钮主意向小区监护中心宣布报警求助信号;无线收发模块NRF24L01外形细巧，作为无线发射模块，能够减小监护仪的体积，愈加便于带着，它将监护仪收集到的数据发送给与ZigBee节点相连的无线接纳模块，再经过ZigBee节点传送到ZigBee网络中，然后完结无线传输的意图。
(2)燃气检测仪和温湿度检测仪。在厨房装置的温湿度检测模块和燃气检测模块，作为体系的终端节点，具有监测室内安全的功用。跟着生活水平的开展和电子信息技能的前进，越来越多的家庭运用家庭监控体系对家居进行智能监控。而老年人跟着年纪的添加，听觉和嗅觉等均产生退化，记忆力不断下降，当室内呈现安全隐患时往往很难发觉，因而家庭的智能监控更应该遍及到空巢家庭中。本体系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，各模块以支撑ZigBee协议的CC2430作为中心芯片。CC2430芯片具有MCS-51内核、EEPROM、非易失性存储器和多种IO接口，既能够完结一般单片机的一切作业，又能运用片内的无线收发组件完结一切有关ZigBee网络传输的作业，将传感器节点收集的数据进行处理并传输。
(3)入户门禁模块。装置在门上的依据射频辨认技能的门禁模块，作为体系的终端节点，首要由射频卡、读卡器、电磁锁和ZigBee模块组成。当用户进门时，射频卡接近读卡器，其间的ID卡号被读卡器读取后送入ZigBee模块中的CC2430芯片中，经过单片机核对处理确认卡号的进门权限，然后决议电磁锁是否敞开。当该用户在监护中心产生报警时，监护中心会向门禁操控模块宣布指令，更改储存在单片机中的门禁白名单，使具有“万能钥匙”的监护人员能够进入用户家中，对白叟予以救助。
2.2 ZigBee通讯网络
ZigBee技能是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技能，还具有多种组网方法和灵敏的网络拓扑结构，十分适合于低功耗、低速率的监督或传感网络。ZigBee网络包含三种类型的节点：和谐器、路由器和终端设备。其间，和谐器担任发动、装备、和谐整个ZigBee无线网络，并把收集到的数据经过有线或无线的方法发送至监护中心，路由器首要完结扩展网络的功用，而网络中的终端设备既能够担任收集数据并传输给上位机进行数据处理，也能够作为路由节点传递其他节点的数据。
在本体系的ZigBee网络中，每个终端节点将收集到的监护数据发送给路由器节点，路由器节点依据路由算法挑选最佳通讯途径，经过其它的路由节点把数据传送给和谐器，网络和谐器则经过RS232串口和PC机衔接，完结数据的无线传输。
3 体系软件规划
体系的软件规划包含下位机软件规划和上位机软件规划两部分。
3.1 下位机软件规划
体系下位机软件规划是以Z—Stack协议栈为根底，从终端节点到和谐器节点进行整个网络的组成。下位机软件首要包含ZigBee网络中终端节点的数据收集程序和和谐器的网络装备与数据传输程序两部分。
ZigBee和谐器节点和终端节点的程序流程图如图3所示。
3.2 上位机软件规划
LabVIEW是美国NI公司依据G言语开发的一种虚拟仪器渠道，具有友爱的图形界面，强壮的数据处理功用和丰厚的库函数。本体系依据LabVIEW渠道规划上位机程序，完结用户信息办理、传感器节点监督、丈量阈值设置以及报警记载查询等功用，大大缩短了体系的开发周期。监护体系中个人用户监测界面如图4所示，当有报警产生时，进入体系辨认出的报警用户的监测界面，就能够检查该用户终端节点的报警来历，以便监护人员采纳办法进行相应处理。
在本体系中，LabVIEW经过VISA节点与串行接口仪器进行通讯。在进行串口通讯前，首先要装备好串口，使计算机串口的参数与仪器设备保持一致，才干正确的通讯，然后读取缓冲区的字节，依据已设置好的传输协议，将各节点的信息提取出来，编程完结数据处理。经过LabVIEW处理后的人体心率实时数据如图5所示，当白叟的心率数值超越设定阈值，就会向社区的监护人员宣布警报。别的，在本体系中，用户个人信息的办理、阈值设置以及报警记载的查询等，都需求经过读写数据库来完结。LabVIEW经过LabSQL拜访包将信息存入Access数据库中，完结监护人员的查询与调用。
4 试验成果
为了测验本监护体系的功用，本文运用学校模仿社区环境：宿舍模仿住户，用于收集终端节点的数据;试验室模仿监护中心，用于接纳终端节点数据并在上位机进行剖析处理、数据显现等;一起在室外固定放置必定数量的路由节点进行信号的无线传输。加速度、脉息、烟雾和温湿度传感器节点的试验测验数据如表1所示。
试验成果表明，监护中心与终端节点的数据通讯实时、高效，传感器数据收集和报警的精确性较高。整个监护体系在数据收集、数据处理、救助信息发布等方面的呼应时刻及精确率已达到救援信息呼应的根本要求。
5 定论
本文依据LabVIEW渠道和ZigBee技能，规划构建了社区空巢白叟监护体系，要点介绍了终端节点的硬件规划和监护渠道的软件规划，完结了对白叟身体状况和室内安全监测的功用，降低了白叟产生事端的危险。试验证明，多种类型传感器节点能精确地从多个视点对白叟进行监护，进步监护体系的可靠性，添加安全系数;选用依据ZigBee技能的无线传感网络使传感节点的安置方法和运用愈加灵敏，一起ZigBee的自组织、自愈、便于保护等特色进步了整个网络的扩展性;由社区监护中心一致办理和监护白叟，能够节约资源、节约财力，并且实时高效。本规划契合设备自动化与智能化的开展趋势，也呼应了“养老社区化”的国家方针，具有杰出的的市场前景和经济效益。本体系己根本完结空巢白叟室内安全监护的首要功用，为了完结对空巢白叟全方位的监护以及向产品化跨进，下一步的研讨作业首要处理以下问题：1)本体系所用传感器有限，将添加检测生理参数和智能家居的传感器，从多方面监护空巢白叟的安全;2)本文研讨内容首要是空巢白叟室内安全监护，下一步的作业将把本体系的监护规模扩展到室外;3)依据LabVIEW渠道树立模仿社区环境的3D实景图，完结监护体系对被监护目标的可视化空间定位，便利社区监护人员快速抵达事发地址。
