基于树莓派的智能老人监护系统的设计与开发研究

李卓婷,汪彦

（湖南城市学院信息与电子工程学院  湖南 益阳  413000）

摘要：本文设计并实现了一款基于树莓派的智能老人监护系统。该系统通过采集老人身体健康数据、家庭环境数据以及老人活动数据等信息，实现了对老人的实时监测和预警。同时，该系统还提供了智能家居控制和紧急呼叫等功能，为老人提供了更加便捷的生活保障。本文主要介绍了系统的设计和实现过程，并对系统进行了实验和验证。实验结果表明，该系统能够有效地监测老人的身体健康和家庭状况，提高老人的生活质量和安全性。

关键词：树莓派，智能老人监护系统，身体健康监测，智能家居控制，紧急呼叫

1引言

随着人口老龄化的不断加剧，老年人的健康和生活质量问题越来越引起人们的关注[1]。李芳等人对独居老人和空巢非独居老人的患病和意外伤害情况进行了调查研究，结果表明老人慢性病患病率居高不下，同时意外伤害发生率也超过了26%[2]。如何为老年人提供更好的生活和医疗服务，是当前亟待解决的问题。传统的养老方式存在服务不足、医疗困难、交通不便等问题，无法满足老年人多样化的需求[3-4]。因此，研究者纷纷提出开发一种更加智能、便捷、人性化的养老系统，智能老人监护系统作为一种新型的老年人健康管理方式，可以实现对老人身体健康和生活状态的实时监测和预警，为老人提供更加全面和便捷的生活保障。本文探讨基于树莓派的智能老人监护系统的设计与实现，为提高老年人的生活质量探索技术途径。

2系统设计

2.1 设计目的

本系统结合了树莓派等新型硬件设备，以及人工智能、云计算等技术，可以实现对老年人身体状况、生活习惯等方面的监测和管理，具有重要的意义和应用前景。因此，本文设计并实现了一款基于树莓派的智能老人监护系统，旨在提供一种更加稳定和安全的智能老人监护解决方案。

2.2 系统架构

本文所设计的智能老人监护系统采用了分布式架构，主要由传感器模块、树莓派模块、服务器模块和前端展示模块等组成。系统采用树莓派为主要硬件平台，通过连接各种传感器模块、智能设备以及云服务器，实现对老人生活的全方位监护。具体架构如下：

传感器模块：

通过连接人体红外、烟雾、心率血压等多种传感器，采集老人自身及生活环境的各项数据，并通过串口或网络通信方式将数据发送到树莓派上。

树莓派：

作为整个系统的核心，树莓派接收传感器采集的数据，并通过Wifi或蓝牙等方式将数据传输到云服务器上进行存储和处理。同时，树莓派还可以控制智能家居设备的开关，如灯光、电视等。

云服务器：

承担数据存储、处理、分析和呈现的功能，通过数据可视化方式展示老人的生活环境、生活习惯等数据信息，并根据预设规则和算法对老人的健康状况进行评估和预警。

智能设备：

系统还集成了语音助手、视频监控等智能设备，可通过手机APP或云服务器远程控制智能设备的运行状态，并实现智能提醒和智能预警功能。

整个系统采用分布式架构，实现了数据采集、处理、存储和展示的完整流程，同时兼顾了系统的实时性和稳定性，为老人提供了全方位、可靠的监护服务。

3系统实现

3.1 硬件设计

根据系统架构，设计了如下硬件方案：

树莓派4B作为主控制单元，负责数据采集、处理和上传；温度传感器用于测量室内温度；红外传感器用于监测老人的活动状态；心率血压传感器用于监测老人的身体指标数据；音频采集设备用于监听老人周围的声音；摄像头用于拍摄老人的照片；红外遥控器用于控制系统的启动和关闭。

3.2 软件设计

3.2.1 数据库设计

本系统采用MySQL数据库进行数据存储，使用Redis做数据缓存，设计了如下表：

user表：存储系统用户信息，包括用户id、用户名、密码、真实姓名、联系电话、邮箱地址等；

elder表：存储老人信息，包括老人id、姓名、性别、年龄、联系电话、身份证号、家庭住址等；

temperature表：存储室内温度数据，包括数据id、采集时间、温度值、所属老人id等；

infrared表：存储红外传感器数据，包括数据id、采集时间、状态（在床/离床）、所属老人id等；

audio表：存储音频数据，包括数据id、采集时间、所属老人id等；

photo表：存储照片数据，包括数据id、拍摄时间、所属老人id等。

3.2.2 后台API设计

使用Spring Boot框架实现后台API接口，包括用户登录、老人管理、温度采集、红外监测、音频采集、照片采集、系统通知、服务管理、数据管理等功能。

3.2.3 前端设计

使用Vue框架实现前端页面，包括登录页面、老人管理页面、温度监测页面、红外监测页面、音频采集页面、照片采集页面、系统通知页面、服务管理页面、数据管理页面等。

4系统详细设计

用户管理模块：该模块用于管理系统的用户信息，包括用户注册、登录、密码修改等功能；

服务管理模块：该模块用于管理养老服务的信息，包括服务的类型、价格、介绍、服务时间、地点等。管理员可以对服务进行添加、编辑、删除等操作；

订单管理模块：该模块用于管理用户的服务订单信息，包括订单的生成、修改、取消等。管理员可以查看订单列表、订单详情、订单状态等信息；

身体指标数据管理模块：该模块用于管理身体指标数据，对用户的身体指标数据（例如血压、体温、心率等）进行收集和统计，并生成相应的报表和图表，以便管理员和医护人员进行查看和分析；

系统设置模块：该模块用于设置系统的各项参数，包括网站标题、LOGO、管理员信息、服务分类等；

安全管理模块：该模块用于管理系统的安全信息，包括权限控制、系统备份、日志记录等。管理员可以对用户权限进行设置，定期备份系统数据，并记录系统操作日志；

系统通知模块：该模块用于向用户发送系统通知，包括服务信息、订单状态。管理员可以编写通知模块，定时发送通知。

5系统测试

对系统进行了完整的测试，包括单元测试、集成测试、系统测试等，测试结果表明本系统可以稳定运行，并且能够满足监护人对老人的监控需求。

6总结

总的来说，本文所设计和实现的基于树莓派的智能老人监护系统具有以下优点和特点：

多种传感器和智能设备的结合，能够全面、实时地监测老人的生活状态，包括睡眠质量、体温、心率等，且监测数据可远程传输，方便家人或医护人员随时查看。

通过树莓派的GPIO接口与智能设备的控制器相结合，实现了对家居环境的智能控制，包括灯光、温度、湿度等，使老人的居住环境更加舒适和安全。

结合移动应用和web端管理系统，方便家人或医护人员实时查看老人的生活状态和监测数据，随时调整监测和控制的参数，提高了对老人的关爱和管理的便利性和效率。

通过报警系统和紧急呼叫按钮，能够及时发现老人的异常情况并快速做出应对，保障老人的安全和健康。

参考文献：

[1]江小如. 独居老人日常生活自理能力及其影响因素研究[D].河北大学,2018.

[2]李芳,巩文欢,姜元方等.兰州市社区独居老人和空巢非独居老人慢性病患病率及意外伤害的调查研究[J].循证护理,2021,7(03):360-364.

[3]李秋燕,李垠,钟响明.老年人养老方式选择及社区养老服务需求调查[J].疾病监测与控制,2017,11(06):460-461+459.

[4]李玉娇.医疗保障水平、服务认知差异与养老方式选择——制度效果会影响老年人居家养老需求吗?[J].华中农业大学学报(社会科学版),2016(03):118-124+136.

基金项目：湖南省大学生创新创业训练计划项目（湘教通〔2022〕174号-3952）；教育部产学合作协同育人项目（编号：220605211161213）。