摘 要： 以ARM9核心處理器作為處理平臺，設計了一款針對老年人的睡眠感知系統(tǒng)。系統(tǒng)通過對人體生理參數(shù)和環(huán)境參數(shù)的綜合分析，推斷出老年人是否已經(jīng)睡著，通過一定的閾值設定，觸發(fā)相應的利于睡眠的控制，并且通過睡眠，推測出老年人的情緒，通過GSM模塊向子女發(fā)出關心老年人的信號，子女通過網(wǎng)絡能夠清晰地看到家里老人的睡眠狀況。
關鍵詞： 人口老齡化；多數(shù)據(jù)融合算法；GSM
隨著中國社會的發(fā)展，人口老齡化的趨勢逐漸呈現(xiàn)，老年人的問題成為整個社會的問題，老年學也成為了一門新興的邊緣科學。很多的老人在退休后，面對無所事事的生活，有時會產(chǎn)生一種“空虛感”。特別是在老伴病逝后，與兒女分居，常常出現(xiàn)憂慮、焦慮的情況，睡眠的質(zhì)量也明顯下降，甚至有時出現(xiàn)嚴重失眠的癥狀，嚴重影響老年人的身心健康。再者，老年人的身體素質(zhì)逐漸下降，在夜晚特別容易突發(fā)高血壓、心血管等疾病，沒有子女在身邊，很難得到及時的救治。其次，子女雖然對父母的身體狀況和心理狀況也非常關心，但是由于工作和事業(yè)等原因，不能時刻待在父母身邊，卻沒有一種方式能夠知道父母當前的狀況，有時甚至由于工作繁忙忘記了和父母的交流。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、嵌入式技術(shù)、醫(yī)療技術(shù)、老年心理學等尖端科學技術(shù)的發(fā)展，為解決老年人問題提供了有效的理論依據(jù)和技術(shù)手段。
本系統(tǒng)是一款針對老年人的睡眠感知呵護系統(tǒng)，主要目的就是為了幫助老年人提高睡眠質(zhì)量，監(jiān)測老年人的身體狀況，給子女和醫(yī)生提供實時的有價值的睡眠和健康信息，甚至通過老年人睡眠的情況為老年人指定合理的膳食，進一步提高老年人的生活水平，最終提高老年人的幸福指數(shù)，從社會生活出發(fā)，構(gòu)建和諧社會。該項目具有很強的前瞻性和廣闊市場價值，是物聯(lián)網(wǎng)的一個很有價值的應用。
老年人睡眠感知系統(tǒng)是基于ARM9開發(fā)平臺的一套實時監(jiān)控系統(tǒng)，由溫度、濕度、壓力、脈搏等傳感器進行人體參量以及環(huán)境參量的數(shù)據(jù)采集，通過無線傳輸?shù)姆绞綄⒋罅康臄?shù)據(jù)傳送給匯聚節(jié)點，匯聚節(jié)點通過串口協(xié)議將數(shù)據(jù)傳送給ARM9核心處理器，通過多數(shù)據(jù)融合算法、均值方差遞推算法、模糊控制算法實現(xiàn)對老年人睡眠的實時監(jiān)測及相應控制。通過友善的人機交互界面的設計方便了老年人這一群體對于現(xiàn)代高科技電子產(chǎn)品的使用。并且ARM９將采集到的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)口，利用TCP/IP協(xié)議將數(shù)據(jù)傳入與之相連的客戶端，最終將整個系統(tǒng)連入互聯(lián)網(wǎng)，以到達在任何地方，任何位置，只要能夠上網(wǎng)，就能夠得知家里老年人的睡眠狀況，乃至心情狀況。
1 傳感網(wǎng)絡
本系統(tǒng)選用NRF24L01+芯片的模式。NRF24L01+是一款工作在2.45 GHz頻段的射頻芯片，引腳較少，容易控制，由該芯片構(gòu)成的通信系統(tǒng)，其通信穩(wěn)定，傳輸速率可達2 Mb/s。組網(wǎng)協(xié)議是根據(jù)工業(yè)串口的多機通信協(xié)議Modbus協(xié)議改寫而來[1]，實現(xiàn)一個主機對應多個從機的星狀拓撲網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，經(jīng)過測試，這種組網(wǎng)方式數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定。程序設計框圖如圖1和圖2所示。
該傳感網(wǎng)絡主要完成對溫濕度/體動、心率等生理參數(shù)的采集，以及完成相應的分布式控制。
2 ARM核心處理部分
無線傳感網(wǎng)的基站將接收的數(shù)據(jù)通過串口傳輸給ARM核心處理器，ARM將數(shù)據(jù)解析出來，每秒鐘進行一次小的數(shù)據(jù)處理，將獲取的數(shù)據(jù)格式化，存儲到ARM內(nèi)部的小型數(shù)據(jù)庫SQLite，并且更新液晶顯示屏上的溫濕度信息[2]。每分鐘進行一次大一點的數(shù)據(jù)處理，通過均值遞推算法、方差遞推算法、分析得到體動變化頻率、體動強度、脈搏跳動頻率、脈搏跳動強度等信息，并且在液晶顯示屏上進行數(shù)據(jù)更新、通過多數(shù)據(jù)融合算法、模糊控制算法、每15 min進行一次判斷、分析人是否已經(jīng)睡著，并將數(shù)據(jù)在液晶顯示屏上進行更新、每小時進行一次綜合評測，通過實驗數(shù)據(jù)判斷分析人是否失眠，如果失眠將觸發(fā)音頻設備播放音樂以誘導睡眠，并且通過GSM模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送給子女提示信息，如果發(fā)生意外狀況，將觸發(fā)報警控制等。為使本系統(tǒng)的觸發(fā)條件盡量不影響人的正常睡眠，采取了最小觸發(fā)的方式。
2.1 均值和方差遞推算法
均值和方差遞推算法僅需對原始數(shù)據(jù)搜索一遍，使計算機讀磁盤量減少一倍；另外在磁盤附加一些新數(shù)據(jù)和刪除一些老數(shù)據(jù)時，無需從頭算起，使計算機工作量減少到最低限度；同時還可以計算出其中任何一個數(shù)據(jù)對均值方差的影響大小，從而可以輔助數(shù)據(jù)分析。這是統(tǒng)計均值、方差理想的快速算法，特別是當數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)變動多時，其優(yōu)勢更加顯著[3]。
2.3 網(wǎng)絡通信
TCP協(xié)議的程序使用的是客戶端/服務器模式，在Qt中提供了QTcpSocket類來編寫客戶端程序，使用QTcpServer類編寫服務器端程序。設計時曾經(jīng)在服務器端進行端口的監(jiān)聽，一旦發(fā)現(xiàn)客戶端的連接請求，就會發(fā)出newConnection（）信號，此時可以關聯(lián)這個信號到設計者自己的槽函數(shù)，進行數(shù)據(jù)的發(fā)送。而在客戶端，一旦有數(shù)據(jù)到來就會發(fā)出readyRead（）信號，此時可以關聯(lián)此信號，進行數(shù)據(jù)的接收。
3 瀏覽器網(wǎng)頁訪問部分
網(wǎng)頁以圖表的方式呈現(xiàn)出老年人的睡眠狀態(tài)信息以及各個參量，點擊各個圖表能夠進一步詳細了解老年人近期的睡眠信息，通過網(wǎng)頁訪問，晚輩們能夠隨時隨地獲取家里老年人的睡眠狀況以及心情狀況。
該系統(tǒng)貼近生活，關注生活熱點和社會熱點，打破了傳統(tǒng)的睡眠監(jiān)測模式，采用無線傳輸?shù)姆绞剑鉀Q了復雜的布線問題，是對睡眠監(jiān)測的一種創(chuàng)新。該系統(tǒng)通過模糊的處理方式，將研究的重點偏向于通過睡眠推斷老年人的心理，避免了復雜繁瑣的對于睡眠的精密研究，突出父母和子女間的交流以及子女對父母健康狀況的實時監(jiān)控這一重點，非常有現(xiàn)實意義。
參考文獻
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