基于物联网的老人看护系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种基于物联网的老人看护系统，包括环境监控单元、视频监控单元、监控平台和数据库，环境监控单元通过传感器组实时采集居住环境数据，并通过自组织的无线网络发送给监控平台；视频监控单元通过数字摄像头采集监控视频，并发送监控视频给监控平台；监控平台对居住环境进行实时监控；对监控视频中的运动目标进行识别，在视频监测到运动目标处于摔倒状态时，同时分析智能手环采集的生命体征信息是否发生突变，如发生突变，则确认老人确实处于摔倒状态。该种基于物联网的老人看护系统，能够实现视频监控的同时，实现老人的生命体征的监控，实现家居环境的自动监控与调节，可用于局部区域内，位置相对集中，低成本下对人员的看护。
【专利说明】
基于物联网的老人看护系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种基于物联网的老人看护系统。
【背景技术】
[0002]从2000年开始，中国迈进了老龄化社会的行列，老龄化速度快，老年人口数量急剧增多，〃四二一〃式的人口结构越来越明显，出现大量的空巢老人，留守老人，家庭养老功能日益弱化。所以对老年人健康监管和安全防护等问题就显得更加重要。
[0003]对老年人进行健康监管和安全防护，一方面可以很好的减轻社会的负担，因为随着家庭结构的改变，人口抚养系数有加大的趋势，原来由子女直接照顾老年人的工作可能被社会化的老年瞻养机构所代替。另一方面也有助于推动科技进入老年市场，从而创造出更多的消费因素，推动社会经济的发展。
[0004]现有的老年人健康监管和安全防护，主要是通过视频监控的方式实现，这种方式下，存在着依赖监控人员视力监控，无法看护全面，且在老人发生意外情况时往往难以准确地观测到，不能及时实施警报与救援。
[0005]在对老人进行看护时，不仅要保障老人的安全，同时应当保证居住环境的舒适度，目前的看护方式下，不能对居住环境进行实时监测与调节，难以保障居住环境的适宜。
[0006]此外视频监控的方式下，存在着监控方式单一，不全面，只能对老人的活动情况进行视觉上的监控，无法实现周围环境的监控，尤其是，在老人生命体征异常时无法监控的问题。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种基于物联网的老人看护系统，解决现有技术存在的无法看护全面，且在老人发生意外情况时往往难以准确地观测到，不能及时实施警报与救援的问题。
[0008]—种基于物联网的老人看护系统，包括环境监控单元、视频监控单元、监控平台和数据库，
环境监控单元:通过传感器组实时采集居住环境数据，并通过自组织的无线网络发送给监控平台；
视频监控单元:通过数字摄像头采集监控视频，并发送监控视频给监控平台；
监控平台:监控平台对居住环境进行实时监控;对监控视频中的运动目标进行识别，在视频监测到运动目标处于摔倒状态时，同时对智能手环采集的生命体征信息进行判断是否发生突变，如发生突变，则确认运动目标确实处于摔倒状态，进行报警并发送短信通知老人的子女；
数据库:对环境监控单元采集的居住环境数据、数字摄像头采集的监控视频、报警信息以及智能手环采集的生命体征信息进行存储。
[0009]进一步地，环境监控单元包括感知层和网络层，感知层包括传感器组，传感器组包括二氧化碳浓度传感器、温湿度传感器和光敏传感器，传感器组中的各传感器分别通过网络层与监控平台通讯，网络层采用若干Zigbee节点和Zigbee协调器组成的自组织的无线网络。
[0010]进一步地，传感器组中的各传感器进行环境信息采集后，通过Zigbee节点发送给Zigbee协调器，Zigbee协调器与上位机的监控平台通信，上位机的监控平台进行数据的分析处理，并将处理结果反馈给Zigbee协调器，Zigbee协调器再控制Zigbee节点连接的继电器，实现用电设备的自动控制。
[0011 ]进一步地，监控平台根据光敏传感器获取的光照数据调节日光灯，根据温湿度传感器获取的温湿度数据调节空调的制冷、加热、加湿和祛湿系统，根据二氧化碳浓度传感器调节换气设备或控制火警报警器进行火灾预警。
[0012]进一步地，视频监控单元包括若干数字摄像头、若干用于采集生命体征信息的智能手环、蓝牙设备，智能手环通过蓝牙设备与上位机的监控平台通讯，数字摄像头分别通过有线或无线与上位机的监控平台通讯。
[0013]进一步地，视频监控单元中，对监控视频中的运动目标进行识别，判断运动目标是否处于摔倒状态，如视频监测到运动目标处于摔倒状态，则对智能手环采集的生命体征信息进行判断是否变化幅度超过设定阈值，如超过，则确认运动目标确实处于摔倒状态，进行报警;否则确认不处于摔倒状态。
[0014]进一步地，对监控视频中的运动目标进行识别，具体为:采用背景差分法对监控视频中的图像的前景区域进行分隔与提取;在提取前景区域后，对前景进行连通运算，根据面积排除干扰目标，选取前景目标;对前景目标进行膨胀;去除区域内的小孔后，提取目标区域。
[0015]进一步地，判断运动目标是否处于摔倒状态，具体为:针对运动目标摔倒这一行为类型制造一定数量的样本，用于训练支持向量机;先读取样本集图片提取特征向量，再将特征向量加入到支持向量机，等到样本数量足够让支持向量机收敛的时候停止训练;背景差分法提取到目标区域后，将目标区域的特征向量加入到支持向量机，从而判定是否摔倒。
[0016]进一步地，视频监控单元中，对智能手环采集的生命体征信息进行监控，在采集的生命体征信息超出或低于设定的正常范围时，进行报警。
[0017]进一步地，智能手环采集到的生命体征信息数据将通过蓝牙设备上传至数据库，数据库将一周内的数据转换成健康状况图表，直观的显示老人的体征情况，并针对不同身体状况的老人设置不同的预警级别。
[0018]本发明的有益效果是:该种基于物联网的老人看护系统，能够实现视频监控的同时，实现老人的生命体征的监控，实现家居环境的自动监控与调节，老人摔倒、火灾等突发事件的实时报警以及依据实际情况为老人制定健康状况数据库，从而从多方面满足对老人监护的要求。该种基于物联网的老人看护系统，可用于局部区域内，位置相对集中，低成本下对人员的看护。
【附图说明】
[0019]图1是本发明实施例基于物联网的老人看护系统的说明框图；
图2是视频监控单元中对监控视频中的运动目标进行识别的流程示意图； 图3是实施例中环境监控单元、视频监控单元与上位机的连接示意图；
图4是实施例中网络层的通信协议下行帧比特流的帧格式图；
图中:1-感知层，2-网络层，3-应用层，4-Zigbee节点，5-Zigbee协调器，6_上位机，7_移动终端，8-二氧化碳浓度传感器，9-温湿度传感器，I O-光敏传感器，11-继电器，12-智能手环;13-数字摄像头。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例
[0021 ] 一种基于物联网的老人看护系统，如图1，包括环境监控单元、视频监控单元、监控平台和数据库，
环境监控单元:通过传感器组实时采集居住环境数据，并通过自组织的无线网络发送给监控平台；
视频监控单元:通过数字摄像头13采集监控视频，并发送监控视频给监控平台；
监控平台:监控平台对居住环境进行实时监控;对监控视频中的运动目标进行识别，在视频监测到运动目标处于摔倒状态时，同时对智能手环12采集的生命体征信息进行判断是否发生突变，即生命体征信息的变化值是否超过设定阈值，如超过设定阈值，则发生突变，如发生突变，则确认处于摔倒状态，进行报警并发送短信通知老人的子女；
数据库:对环境监控单元采集的居住环境数据、数字摄像头13采集的监控视频、报警信息以及智能手环12采集的生命体征信息进行存储。
[0022]环境监控单元包括感知层I和网络层2，如图3，感知层I包括传感器组，传感器组包括二氧化碳浓度传感器8、温湿度传感器9和光敏传感器10，传感器组中的各传感器分别通过网络层2与监控平台通讯，网络层2采用若干Zigbee节点4和Zigbee协调器5组成的自组织的无线网络。
[0023]传感器组中的各传感器进行环境信息采集后，通过Zigbee节点4发送给Zigbee协调器5，Zigbee协调器5与上位机6的监控平台通信，上位机6的监控平台进行数据的分析处理，并将处理结果反馈给Zigbee协调器5，Zigbee协调器5再控制Zigbee节点4连接的继电器U，实现用电设备的自动控制。用电设备包括空调、日光灯、换气设备和火警报警器。上位机6还与移动终端7无线通讯。
[0024]监控平台根据光敏传感器10获取的光照数据调节日光灯，根据温湿度传感器9获取的温湿度数据调节空调的制冷、加热、加湿和祛湿系统，根据二氧化碳浓度传感器8调节换气设备或控制火警报警器进行火灾预警。
[0025]环境监控单元中，通过将一系列空间分散的传感器单元通过自组织的无线网络进行连接，从而将各自采集的数据通过无线网络进行传输汇聚，以实现对空间分散范围内的物理或环境状态的协调监控，并根据这些信息进行相应的分析和处理。
[0026]Zigbee节点4利用二氧化碳浓度传感器8、温湿度传感器9、光敏传感器10进行环境信息采集，随后发送给Zigbee协调器5，Zigbee协调器5与上位机6通信，上位机6进行数据的分析处理，并将处理结果反馈给Zigbee协调器5，Zigbee协调器5再控制Zigbee节点4连接的继电器11，从而实现设备自动控制，体现节能减排。具体功能包括:根据光敏传感器10获取的光照数据调节日光灯，根据温湿度传感器9获取的温湿度数据调节空调的制冷、加热、加湿和祛湿系统，根据二氧化碳浓度传感器8调节换气设备或控制火警报警器进行火灾预警。
[0027]环境监控单元中，采用MG811二氧化碳传感器，并使用温度补偿电阻减少实际使用中的误差;系统采用MQ-2传感器制成烟雾感知模块。采用复用式的传感器采集模块，可实现光照、温湿度和火焰等参数的采集。感知层I采用通用底板。
[0028]为提高系统工作效率，定义了严格的通信规约，上位机6获得的Zigbee协调器上报的数据是长度为66的比特流。下行帧继电器11地址数据的更新是在上行帧解析过程中完成的。从上行帧输出节点数据块中取出继电器11地址数据，实时更新下行帧继电器11地址数据。
[0029]该种基于物联网的老人看护系统，通过对继电器11的控制，能够实现对居住环境内的用电设备进行控制，从而实现居住环境的调节，提高居住的舒适度，使得家居更加人性化、智能化。
[0030]该种基于物联网的老人看护系统:通过传感器组中的各传感器分别实现对居住环境中二氧化碳浓度、温湿度和光敏的数据采集，并通过网络层2发送采集的数据给应用层3，实现对居住环境的监测与监控。通过智能手环12实现对居住老人的生命体征信息的采集，并发送给上位机6的监控平台，实现对生命体征的实时监控，同时数据库可以将一周内的数据转换成健康状况图表，直观的显示老人的体征情况，并可针对不同身体状况的老人设置不同的预警级别。通过数字摄像头13实现视频的实时监控。该种基于物联网的老人看护系统，监控全面，成本低，使用后能够保证居住环境的安全性与舒适度。
[0031]视频监控单元包括若干数字摄像头13、若干用于采集生命体征信息的智能手环12、蓝牙设备，智能手环12通过蓝牙设备与上位机6的监控平台通讯，数字摄像头13分别通过有线或无线与上位机6的监控平台通讯。
[0032]视频监控单元中，对监控视频中的运动目标进行识别，判断运动目标是否处于摔倒状态，如处于摔倒状态，则对智能手环12采集的生命体征信息进行判断是否发生突变，如发生突变，则确认运动目标确实处于摔倒状态，进行报警并通过短信通知子女；否则确认不处于摔倒状态。
[0033]对监控视频中的运动目标进行识别，如图2，具体为:采用背景差分法对监控视频中的图像的前景区域进行分隔与提取;在提取前景区域后，对前景进行连通运算，根据面积排除干扰目标，选取前景目标;对前景目标进行膨胀;去除区域内的小孔后，提取目标区域。
[0034]判断运动目标是否处于摔倒状态，具体为:针对运动目标摔倒这一行为类型制造一定数量的样本，用于训练支持向量机。在实际操作中，先读取样本集图片提取特征向量，再将特征向量加入到支持向量机，等到样本数量足够让支持向量机收敛的时候停止训练。训练的样本数量越多，支持向量机判定摔倒的效果就越好。背景差分法提取到目标区域后，将目标区域的特征向量加入到支持向量机，从而判定是否摔倒。
[0035]视频监控单元在采用视频识别并判断老人摔倒事件的过程中，为了提升判断的准确性，将同时分析智能手环12当时采集到的老人心率和血压值是否突变。
[0036]视频监控单元中，对智能手环12采集的生命体征信息进行监控，在采集的生命体征信息超出或低于设定的正常范围时，进行报警。
[0037]老人携带的智能手环12采集老人的心率、血压，然后上传至上位机6的数据库，数据库将一周内的数据转换成健康状况图表，直观的显示老人的心率和血压的变化情况，还可为不同身体状况的老人设置不同的预警级别。
[0038]该种基于物联网的老人监护系统，不仅可用于家庭老人的看护，而且还可以用在医疗机构的病人看护，也可用于学校对学生的看护。总的来说，此系统可实现局部区域内，位置相对集中，低成本下对人员的看护。
[0039]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【主权项】
1.一种基于物联网的老人看护系统，其特征在于:包括环境监控单元、视频监控单元、监控平台和数据库， 环境监控单元:通过传感器组实时采集居住环境数据，并通过自组织的无线网络发送给监控平台； 视频监控单元:通过数字摄像头采集监控视频，并发送监控视频给监控平台； 监控平台:监控平台对居住环境进行实时监控;对监控视频中的运动目标进行识别，在视频监测到运动目标处于摔倒状态时，同时分析智能手环采集的生命体征信息是否发生突变，如发生突变，则确认老人确实处于摔倒状态，进行报警并发送短信通知老人的子女； 数据库:对环境监控单元采集的居住环境数据、数字摄像头采集的监控视频、报警信息以及智能手环采集的生命体征信息进行存储。2.如权利要求1所述的基于物联网的老人看护系统，其特征在于:环境监控单元包括感知层和网络层，感知层包括传感器组，传感器组包括二氧化碳浓度传感器、温湿度传感器和光敏传感器，传感器组中的各传感器分别通过网络层与监控平台通讯，网络层采用若干Zigbee节点和Zigbee协调器组成的自组织的无线网络。3.如权利要求2所述的基于物联网的老人看护系统，其特征在于:传感器组中的各传感器进行环境信息采集后，通过Zigbee节点发送给Zigbee协调器，Zigbee协调器与上位机的监控平台通信，上位机的监控平台进行数据的分析处理，并将处理结果反馈给Zigbee协调器，Zigbee协调器再控制Zigbee节点连接的继电器，实现用电设备的自动控制。4.如权利要求3所述的基于物联网的老人看护系统，其特征在于:监控平台根据光敏传感器获取的光照数据调节日光灯，根据温湿度传感器获取的温湿度数据调节空调的制冷、加热、加湿和祛湿系统，根据二氧化碳浓度传感器调节换气设备或控制火警报警器进行火灾预警。5.如权利要求1-4任一项所述的基于物联网的老人看护系统，其特征在于:视频监控单元包括若干数字摄像头、若干用于采集生命体征信息的智能手环、蓝牙设备，智能手环通过蓝牙设备与上位机的监控平台通讯，数字摄像头分别通过有线或无线与上位机的监控平台通讯。6.如权利要求5所述的基于物联网的老人看护系统，其特征在于:视频监控单元中，对监控视频中的运动目标进行识别，判断运动目标是否处于摔倒状态，如处于摔倒状态，则对智能手环采集的生命体征信息进行判断是否变化幅度超过设定阈值，如超过，则确认处于摔倒状态，进行报警;否则确认不处于摔倒状态。7.如权利要求6所述的基于物联网的老人看护系统，其特征在于:对监控视频中的运动目标进行识别，具体为:采用背景差分法对监控视频中的图像的前景区域进行分隔与提取；在提取前景区域后，对前景进行连通运算，根据面积排除干扰目标，选取前景目标;对前景目标进行膨胀;去除区域内的小孔后，提取目标区域。8.如权利要求7所述的基于物联网的老人看护系统，其特征在于:判断运动目标是否处于摔倒状态，具体为:针对运动目标摔倒这一行为类型制造一定数量的样本，用于训练支持向量机;先读取样本集图片提取特征向量，再将特征向量加入到支持向量机，等到样本数量足够让支持向量机收敛的时候停止训练;背景差分法提取到目标区域后，将目标区域的特征向量加入到支持向量机，从而判定是否摔倒。9.如权利要求5所述的基于物联网的老人看护系统，其特征在于:视频监控单元中，对智能手环采集的生命体征信息进行监控，在采集的生命体征信息超出或低于设定的正常范围时，进行报警。10.如权利要求5所述的基于物联网的老人看护系统，其特征在于:智能手环采集到的生命体征信息数据将通过蓝牙设备上传至数据库，数据库将一周内的数据转换成健康状况图表，直观的显示老人的体征情况，并针对不同身体状况的老人设置不同的预警级别。
【文档编号】G08B21/04GK106097656SQ201610698291
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月22日 公开号201610698291.5, CN 106097656 A, CN 106097656A, CN 201610698291, CN-A-106097656, CN106097656 A, CN106097656A, CN201610698291, CN201610698291.5
【发明人】吴红, 沈凯, 梁瑞宇, 吕迪洋
【申请人】南京工程学院