一种基于nb-iot技术的失能老人监护系统
阅读说明：本技术 一种基于nb-iot技术的失能老人监护系统 (Disability old man monitoring system based on NB-IOT technology ) 是由 杨丽清 陈琳 侯文生 吴小鹰 丁志美 郭文庆 刘璐 王星 于 2020-12-09 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于NB-IOT技术的失能老人监护系统,属于物联网技术领域。该系统由轮椅、护理床以及附着在上面的传感器群组构成设备感知层,采集失能老人生理参数、轮椅轨迹等数据；由NB-IOT通讯模组构成传输层,将采集的生理参数信息实时无线远传至网络层；网络层采用云服务器,接收已经注册过的设备感知层的数据；应用层能够实时显示失能老人信息,同时可根据辅助决策意见给护理床和轮椅下达执行命令,实现失能老人监护系统的闭环设计。本发明能够实时监护失能老人的生理健康参数和轮椅运动轨迹、能够根据数据分析并下发决策指令,最大程度节省了看护成本同时保障失能老人得到充分的看护。(The invention relates to a monitoring system for disabled old people based on NB-IOT technology, and belongs to the technical field of Internet of things. The system comprises a wheelchair, a nursing bed and a sensor group attached to the wheelchair to form an equipment sensing layer, and acquires physiological parameters of disabled old people, wheelchair tracks and other data; the NB-IOT communication module forms a transmission layer, and transmits the acquired physiological parameter information to a network layer in a real-time wireless manner; the network layer adopts a cloud server and receives the data of the registered equipment sensing layer; the application layer can display the information of the disabled old people in real time, and meanwhile, an execution command can be issued to the nursing bed and the wheelchair according to the auxiliary decision suggestion, so that the closed-loop design of the monitoring system of the disabled old people is realized. The invention can monitor the physiological health parameters and the wheelchair motion trail of the disabled elderly in real time, can analyze and issue decision instructions according to data, saves the nursing cost to the maximum extent and ensures that the disabled elderly are fully nursed.)
技术领域
本发明属于物联网技术领域，涉及一种基于NB-IOT技术的失能老人监护系统。
背景技术
目前，专利CN108682455A公布了一种基于NB-IOT的远程医疗监控系统及方法，该发明患者通过佩戴医疗传感设备，随时随地记录身体指标数据，通过NB-IOT网络上传到医疗监控系统，从而缓解医院医疗资源紧张问题，并且使得医生能够实时观察或统计分析患者身体指标数据，系统对于异常指标数据主动发出告警，为医生诊断提供参考依据；专利CN110327051A公布了一种基于云平台的护理型养老院的智能监护系统，包括云端服务平台、移动终端和柔性可穿戴设备。云端服务平台集成云端数据管理单元、个人数据管理单元和监护中心管理单元；云端服务平台中设置系统程序，该系统程序包括门禁程序、探视程序、基本生命体征监测程序、动态监测程序和紧急情况处理程序；移动终端包括客户终端、联系人终端、医生终端和亲友终端，所述移动终端通过无线网络连接云端服务平台。
目前市场上给出的解决方案大部分关注的是一般共性医疗问题，对于失能老人这样的特殊性人群关注度不够，同时设计方案只关注了信息上报问题并没有给出执行命令下发的解决方案，本发明专利的提出可以很好地弥补这个不足。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于NB-IOT技术的失能老人监护系统。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于NB-IOT技术的失能老人监护系统，包括护理床和轮椅构成的设备感知层，NB-IOT通讯模组构成的传输层，云服务器构成的网络层，以及基于应用构建器开发的应用层；
所述护理床包括两层可拆卸充气床垫、生理参数传感器群组、NB-IOT通讯模组和电机控制模块；
所述轮椅包括双模定位模块、NB-IOT通讯模组和电机控制模块；
所述传输层使用NB-IOT技术通信，监护设备上电后，内置的NB-IOT通信模组与蜂窝网基站连接，建立设备与云服务器的数据传输通道；
所述网络层部署在云服务器上，支持COAP协议接入设备，提供设备注册、设备接入、设备管理、数据采集与数据存储功能；
所述应用层基于应用构建器开发，部署失能老人生命体征参数监测控件、轮椅运行轨迹控件和命令控件，最后网上发布形成web客户端。
可选的，所述生理参数传感器群组设置在护理床上，将采集到的生理参数通过NB-IOT通讯模组传送到云服务器上，云服务器将数据以订阅方式上报应用服务器，当发现参数超过事先设定的阈值时，应用服务器会发出警报并通过推送方式给护理床发出执行命令；
可选的，所述生理参数传感器群组包括心电传感器、温湿度传感器、氨气传感器、压力传感器和微控制器。
可选的，所述轮椅嵌入双模定位模块，定位信息通过NB-IOT通讯模组传送到云服务器上，云服务器将数据以订阅方式上报应用服务器，并在web用户端显示轮椅运行轨迹，一旦发现轨迹发生偏离，应用服务器会发出警报并通过推送方式给轮椅发出执行命令。
可选的，所述传输层采用窄带物联网技术，将NB-IOT通讯模组嵌入轮椅和护理床中，轮椅和护理床的数据通过NB-IOT通讯模组采用COAP传输协议发送到云服务器。
可选的，所述网络层采用云服务器技术，通讯模组通过唯一的IMEI号码在云服务器上进行注册，并生成注册码和接入密钥，感知设备接入云服务器时，使用已生成的设备注册码和接入密钥，实现与服务器的快速连接。
可选的，所述应用层采用应用构建器开发，在开发页面上部署设备监控、命令下发和设备轨迹组件，网上发布形成web客户端；医护人员通过PC机或PAD上网查看失能老人生理参数和运行轨迹，同时也可向终端设备下发执行命令。
本发明的有益效果在于：基于NB-IOT技术的失能老人监护系统利用NB-IOT技术，可利用现有的蜂窝移动基站部署，降低了部署成本，大大节约了开发周期，短时间内即可完成失能老人康复护理的智能化开发；失能老人的生理参数和行动轨迹实时上传到应用层，医护人员只需要一台电脑或者一个移动终端即可实现对失能老人的监护，大大缓解了养老机构人手紧张问题，实现了医、护、患之间的信息实时交互，初步实现了失能老人护理的智能化、可视化、精准化和高效化。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明系统结构图；
图2为护理床终端节点结构图；
图3为轮椅终端节点结构图；
图4为设备接入示意图；
图5为应用开发示意图；
图6为辅助决策示意图。
附图标记：11-护理床，12-轮椅，13-传输层，14-网络层，15-应用层，21-微处理器，22-温湿度传感器，23-氨气传感器，24-心电传感器，25-压力传感器，26-电动充气床垫，27-电机控制模块，28-NB-IOT通讯模组一，31-微处理器，32-双模定位模块，33-NB-IOT通讯模组二。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1所示，本发明提供了一种基于NB-IOT技术的失能老人监护系统解决方案和方法，该系统包括护理床11、轮椅12构成的设备感知层、NB-IOT通讯模组构成的传输层13、云服务器构成的网络层14和web端的应用层15。
如图2所示，护理床终端节点，包括微处理器21，温湿度传感器22、氨气传感器23、心电传感器24、压力传感器25、电动充气床垫26、电机控制模块27以及NB-IOT通讯模组一28。该护理床可监护失能老人的基本生命特征参数、大小便排泄情况以及受压情况，并将采集到的数据通过无线通讯模组上传到云服务器。
如图3所示，轮椅终端节点，包括微处理器31、双模定位模块32以及NB-IOT通讯模组二33。该轮椅能够实时监护失能老人的轨迹信息并实时将数据通过无线通讯模组上传到云服务器。
如图4所示，终端设备接入云服务器包括设备注册、建立产品模型和数据格式转换三个步骤：每个终端节点嵌入了一块NB-IOT通讯模组，模组有一个唯一的IMEI号码，将该号码在云服务器上注册，获得注册码和接入密钥；在云服务器上构建护理床和轮椅的产品模型(也称Profile)，用于描述两个设备的能力和特性，使平台充分理解两个终端设备支持的服务、属性、命令等信息；在云服务器上开发编解码插件，完成设备二进制数据数据格式的转换。
如图5所示，应用开发包括web客户端页面设计、设备绑定、服务匹配，发布应用四个步骤。在应用构建服务器上选择设备监控、设备轨迹、命令下发、设备分布等组件进行客户端监控页面布局；将设备监控组件与护理床设备绑定，将设备轨迹组件与轮椅设备绑定；将护理床或者轮椅的服务功能与设备数据来源进行匹配，也就是应用服务器与云服务器数据来源匹配，此时就完成了应用服务器和云服务器的订阅工作(指应用服务器通过调用物联网平台的API接口，向平台获取发生变更的设备业务信息(如设备注册、设备数据上报、设备状态等)和管理信息(软固件升级状态和升级结果)，同时也完成推送工作(是指订阅成功后，物联网平台根据应用服务器订阅的数据类型，将对应的变更信息推送给指定的URL地址或AMQP消息队列))；最后进行应用发布，将会生成网络客户端，并生成客户端入口地址和密钥，医护人员通过PC机或移动设备即可登录客户端进行数据查看或命令发布。
失能老人监护系统辅助决策系统将采用应用构建器的规则引擎功能，在应用构建器上设置生理参数异常、运行轨迹异常和压力异常三个规则，应用平台根据用户设置的规则和设备上报的数据做对比，当设备满足设置的条件时，即触发对应动作，应用层就给设备下发命令执行相应的操作。
如图6所示，失能老人生理参数异常规则包括心电参数、温湿度数据和氨气数据三个引擎：当心电传感器采集到心电参数异常时(比如常见的P波提早出现或消失、QRS波宽度过宽、T波倒置等，具体可根据病人状态和监护要求设置)，此时将触发报警指令并提示医护人员及时查看；当湿度传感器数据大于83％RH(以重庆为例，重庆属于高湿区常年湿度平均为78％-83％RH，其余地区应用时可根据地区湿度进行校准)，表明看护对象可能有尿床现象，此时触发报警指令，提示医护人员及时进行现场护理；当氨气传感器数据大于0.55ppm时(此阈值基于300组数据分析得出，不同场景应用时可根据需求进行校准)，表明看护对象可能有排便行为，此时触发报警指令，提示医护人员及时进行现场护理；压力异常规则包括时长和阈值两个引擎，当看护对象卧床超过2个小时或局部位置压力达到32mmHg时，触发充放气控制指令，控制电动充气床垫充放气，调整看护对象睡姿，以缓解局部受力情况；轨迹异常规则包括时长和轨迹两个引擎，当轮椅长时间无轨迹信息或者轨迹信息偏离预设轨迹时，触发控制指令和报警指令，控制轮椅制动并提醒医护人员及时查看。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
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