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本項目由黎明職業(yè)大學唐英瑞、賴惠敏、吳秋娟同學，獲得福建省首屆開源鴻蒙開發(fā)者大賽三等獎，感謝王國棟老師傾情供稿！

1. 項目背景

根據《2023-2028年中國智慧養(yǎng)老行業(yè)市場深度分析及投資潛力預測報告》報告顯示，數字技術和人工智能機器人技術在養(yǎng)老產業(yè)中的應用給養(yǎng)老帶來了變革。智能養(yǎng)老是指融合應用健康醫(yī)療電子、物聯網、云計算、大數據、移動互聯網等信息技術和產品，采集人體體征、居家環(huán)境等數據，實現家庭、社區(qū)醫(yī)療機構、健康養(yǎng)老服務機構、專業(yè)醫(yī)療機構間的信息互聯互通和分析處理，提供智能化、個性化、多樣化產品和服務，滿足人民群眾日益迫切的健康養(yǎng)老需求。

隨著我國家庭小型化發(fā)展趨勢的日益凸顯，少子、老齡化使得空巢老人家庭日益增多。針對此狀況，養(yǎng)老院、老人公寓開始逐步發(fā)展，就目前的養(yǎng)老院而言，由于管理手段落后，不能實現智能化、信息化的管理。智慧養(yǎng)老院項目通過小凌派提來升養(yǎng)老院機構的管理效率和信息化水平，通過自動采集老人日常活動、身體狀態(tài)及居住環(huán)境等數據，針對異常情況進行快捷的預警及報警響應。

2. 項目簡介

2.1 項目描述

該項目基于OpenHarmony系統，以小凌派開發(fā)板作為感知層核心，利用國產開源OpenHarmony操作系統開發(fā)環(huán)境參數檢測、網絡連接等應用。以云服務器為基礎構建智慧養(yǎng)老院系統服務平臺，實現云平臺與傳感網絡系統的通信連接管理等；構建遠程信息管理和控制的Web應用平臺。充分利用互聯網和Web技術為用戶提供實時定位、實時環(huán)境監(jiān)測、信息管理等功能，使得用戶在一定程度上脫離時間和空間的限制，實現對現場的遠程監(jiān)控和管理。

2.2 功能說明

控制臺可以實時采集養(yǎng)老院中的環(huán)境信息，主要包括溫度、濕度、光敏。
控制臺和手機app可以自動控制門的開關，可以根據當前的環(huán)境信息實現報警功能。
北斗手環(huán)配有NFC和定位、模擬老人體感溫度功能，當老人走丟時路人可通過老人允許的情況下手機登陸NFC查詢到老人的信息，方便后續(xù)聯系親屬和工作人員。
通過云服務器的數據傳輸在Web端可視化界面上面實時顯示當前養(yǎng)老院的環(huán)境狀態(tài)，老人的體感溫度，以及實時位置狀態(tài)。
在Web端可以實時顯示數據曲線，可通過時間查看老人的歷史軌跡，并且?guī)в写鎯祿墓δ埽鎯Φ臄祿ㄋ牟糠郑謩e是溫濕度、光敏和位置信息，數據保存到mysql文件中，方便后期對數據分析處理。

2.3 系統功能模塊劃分

智慧養(yǎng)老院采用四層物聯網模型結構，即感知層、網絡層、平臺層和應用層。其中，系統的環(huán)境參數檢測功能被劃分到感知層，負責完成溫濕度、光照強度、MQ-135等環(huán)境信息和老人模擬體感溫度的采集任務，北斗定位實現老人的軌跡采集；網絡層包括網絡接入功能以及信息傳輸功能。這里面，信息傳輸功能主要是將感知層獲取的數據上傳到云服務系統，同時將云服務器的信息或指令下發(fā)給感知層設備。網絡層使用Wi-Fi通信方式接入網絡，采用MQTT協議等推送數據信息到平臺層和應用層。云服務主要支持平臺層功能，負責設備管理、命令下發(fā)、信息存儲等管理功能。應用層則利用云服務器提供的服務或手機等用戶終端來實現數據的可視化。

2.4 系統功能邏輯

本系統的功能邏輯如下圖所示。設計方案以小凌派鴻蒙開發(fā)板為核心實現網絡層和感知層的主要功能。該開發(fā)板使用小凌派處理器，運行OpenHarmony操作系統，實現包括系統外設初始化、網絡接入、系統管理、數據采集等功能。平臺層和應用層則由云服務器和小凌派鴻蒙開發(fā)板協同實現。

2.5 項目展示

2.5.1 智能手環(huán)效果展示

智能手環(huán)-TFT屏顯示

2.5.2 APP端效果展示

手機NFC展示界面

2.5.3 網頁端效果展示

手環(huán)的實時位置和采集周圍實時溫濕度

查看老人的歷史運動軌跡

養(yǎng)老院實時環(huán)境監(jiān)測

養(yǎng)老院大門的控制

2.5.4 模型整體效果展示

智慧養(yǎng)老院實物模型

3. 整體設計方案

3.1 軟件框架

3.2 硬件框架

主控芯片采用小凌派rk2206開發(fā)板。

采用采用IoTCluB的E53接口標準，可接入所有的E53案例擴展板。

主控為瑞芯微RK2206芯片，200MHz主頻，RAM 256KB、ROM 16KB、PSRAM 8M、FLASH 8M。
板載NFC Forum Type 2 Tag芯片及天線，可實現與載有NFC功能的手機“碰一碰”功能。
支持 IEEE 802.11b/g/n 制式，AP 模式。
USB 2.0 、SD card /SPI/IIC 接口、麥克風接口、E53 接口（包含 UART、 IIC、ADC、DAC、PWM、5 個 GPIO）。
一根TypeC USB線，即可實現供電、下載等功能。
一根TypeC USB線，可支持串口調試功能。

3.3 其他模塊

4. 軟件方案

4.1 開發(fā)環(huán)境簡介

軟件開發(fā)在Visual Studio Code中進行開發(fā)，Visual Studio Code默認是在VSCode的控制臺下查看html頁面，這對于我們調試和查看效果十分不方便。所以這里我們需要安裝一下擴展插件(open in browser)，這樣就可以在瀏覽器中很方便地查看html頁面。

安裝完成后，就可以隨意編寫軟件程序了。

編寫完成一個網頁后就可以選擇你要在瀏覽器打開的HTML頁面，按快捷鍵Alt + B 就可以在默認瀏覽器下打開你寫的頁面了。

當然你也可以使用快捷鍵 Shift + Alt + B 選擇其他瀏覽器打開。

4.2 環(huán)境參數檢測

環(huán)境參數檢測通過溫濕度傳感器、光敏傳感器、MQ-135傳感器、oled屏幕實現和顯示。獲取到的空氣質量、光敏強度以及養(yǎng)老院溫濕度等環(huán)境信息通過MQTT協議上傳到數據庫并儲存起來，可在必要時用于比較和平時數據的提取。環(huán)境參數檢測的關鍵代碼如下。

4.3 北斗定位手環(huán)

基于UM220-IV北斗模塊的北斗定位將設備所在的經緯位置通過串口數據發(fā)送給中臺/后臺處理。處理后的結果寫入數據庫，同時發(fā)送給網頁將數據轉化成可視化的點實時展示出來。

北斗手環(huán)的流程思路

百度地圖的效果展示

北斗手環(huán)的關鍵代碼如下：

4.4 遙控大門

養(yǎng)老院的大門是可遠程遙控的，“保安”可通過自身的手機開關門，也可以通過我們“24小時值班人員”訪問電腦上的網頁端進行控制大門的開關。兩者都是通過按鈕發(fā)送mqtt發(fā)布主題，在經歷過后臺的處理后發(fā)送到小凌派，再由小凌派與預先訂閱好的話題相匹配，相應的就發(fā)指令給舵機，從而起到遠程控制開門、關門的效果。以下就是控制舵機開門的流程：

遙控大門的關鍵代碼如下：

4.5 MQTT協議

消息隊列遙測傳輸協議，是一種基于TCP/IP協議的即時通訊協議，采用發(fā)布、訂閱模式為處于網絡層上的傳感器與平臺層、應用層提供實時消息服務。MQTT協議開銷低，帶寬占用小，易于實現，在物聯網工程中應用廣泛。作為MQTT協議的客戶端，開發(fā)板上需要布置相關業(yè)務代碼，主要包括網絡連接信息結構體定義、MQTT 客戶端信息結構體、MQTT 客戶端初始化、MQTT客戶端連接代理服務器、訂閱MQTT消息、發(fā)布MQTT消息等。這些業(yè)務代碼，本文的設計采用鴻蒙系統項目下的第三方代碼進行布置。MQTT協議關鍵代碼展示如下。

5. 項目總結和展望

智慧養(yǎng)老院采用環(huán)境監(jiān)測模塊和北斗定位模塊進行系統設計，硬鍵選用小凌派rk-2206處理器的輕量級終端，具有數據實時顯示、自動控制、一鍵報警、定位等功能。智慧養(yǎng)老通過技術手段從遠程監(jiān)控、實時定位、統一平臺信息交互等角度多方位打造信息化養(yǎng)老服務系統，滿足老人和家庭的現代化、科學化和人性化的產業(yè)需求。項目雖然實現了功能，但是仍然存在不足，不能離開Wi-Fi環(huán)境，一旦離開設備就工作不了，這個問題，是我們目前遇到的一大阻礙，設備供電也存在問題，因此要解決這個問題我們要用到和手機卡類似的定位設備，即使沒有網絡也能夠和北斗衛(wèi)星相互聯系，還要解決能源問題，不可能經常把北斗手表取下來充電。

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