基于无线传感网的居家养老环境安全检测系统软件设计
随着人口老龄化的日益加剧，养老问题成为了人民关心的社会问题。我国的养老方式主要有家庭养老和机构养老两种，但有限的养老公寓、机构远远不能满足老年人安度晚年的需求。因此将智能控制、检测等现代技术与传统居家养老模式相融合，是解决我国养老问题的必然趋势。本设计主要研究的是运用无线传感网（WSN）实现对老人家中环境安全和老人生命体征参数的监测。整个系统主要包括数据传感，网关和PC机监控等部分。数据传感部分主要运用无线传感器检测老人居家环境参数及老人生命体征参数。终端主控单片机采用STC12C5A系列，终端各节点与网关组成无线传感网络，实现节点间数据的无线收发。网关是终端与监控系统之间沟通的桥梁,而本次设计所采用的网关为ZigBee协调器，负责数据从终端到网关再到上位机的传输。上位机监控系统负责数据的监控和命令的传达，本次设计上位机采用LabVIEW图形编辑化语言进行编写。关键词 无线传感网,居家养老,居家环境监测,LabVIEW
目 录
1 引言 1
1.1 研究背景 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 研究目标及内容 2
2 系统总体设计 3
2.1 系统组成 3
2.2 无线传感网 4
2.3 网关 5
2.4 上位机 6
3 环境安全检测系统硬件概要 8
3.1 单片机模块 9
3.2 温湿度模块 9
3.3 煤气检测模块 10
3.4 ZigBee模块 10
3.5 一键呼叫模块 11
4 环境安全检测系统软件设计 11
4.1 主程序模块程序设计 11
4.2 温湿度模块软件设计 13
4.3 MQ5传感器的软件设计 15
4.4 ZigBee模块软件设计 17
4.5 上位机监控端软件设计 20
4.6 一键呼叫 23
5 系统调试 25
5.1 通信调试 25
5.2 程序调试 27
5.3 系统联调 28
5.4 系 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
统运行情况 28
结 论 31
致 谢 32
参 考 文 献 33
附录A 主程序代码 34
附录B 上位机代码框图 36
1 引言
1.1 研究背景
根据联合国的规定，老年型国家或地区的标准为：65岁以上的老年人口占总人口的7%以上，60岁以上的老年人口在总人口中的比例超过10%[1]。我国早在2001年就已经步入了老龄化的社会。根据第六次人口普查的数据显示，我国60岁及以上的老年人口已占到了社会总人口的13.26%，比2000年人口普查上升了2.93个百分点。其中65岁及以上人口占总人口的8.87%，比2000年人口普查上升了1.91个百分点[1]。根据普查结果可以看出，我国老龄化的进程在加快。随着人口老龄化问题的加剧，养老问题成为了不可忽视的社会问题。我国的养老方式主要分为家庭养老和机构养老两种，但有限的养老公寓、机构远远不能满足老年人安度晚年的需求。空巢老人和独居老人的逐年增加，逐步成为我国老龄化社会的一种发展趋势[2]。如何给老人提供一个舒适、安全、方便的养老环境，已经引起了政府的高度重视。
我国《社会养老服务体系建设“十二五”规划》指出，要大力推广“虚拟养老院”等新的服务模式[12]。2011年9月，国务院在《中国老龄事业发展“十二五”规划》中指出，建立以居家为基础、社区为依托、机构为支撑的养老服务体系，改善老人居住条件，创建中国特色的新型养老模式[3]。2012年6月，十一届全国人大常委会第二十七次会议首次审议老年人权益保障法修订草案，明确“养老以居家为基础”[3]。因此将智能家居、智能检测等现代技术融合到我国的养老服务中，是目前解决我国养老问题可行度最高的一种方法。
智能居家养老环境监测系统是一种现代化的养老模式，它是将无线传感网络、现代通信技术、计算机网络技术、老年服务行业技术与智能控制技术相融合，为老人提供方便、快捷、安全的舒适服务[4，5]。面对我国庞大的老年人群体，居家养老环境安全检测系统是未来居家养老服务发展不可或缺的一部分。
1.2 国内外研究现状
西方发达国家进入老龄化社会的时期比较早，积累了大量智能养老服务经验。为了满足人民的养老需求，服务方式和服务条件都在不断改进。因此智能养老服务发展理念比较先进，智能居家养老方面的技术也有许多重大突破。英国生命信托基金会最早提出了“智能养老”概念。智能养老也被称为“全智能化老年系统”，它是利用无线传感网络、电脑技术等手段，在家用电器中装上电子芯片，对家中老人进行远程检测[11]。瑞典Tass公司近年研制出一种在安卓系统上运行的移动健康监护系统，并自主研发了在手机上运行的健康监护软件，该系统可以通过无线接口连接手机及网络，将传感器采集到的心电图、血压等生命体征参数传输给手机并做相应的处理和分析[7]。
与发达国家相比，我国对于信息化居家养老的研究还处于比较落后的阶段。对于居家养老方面，养老住宅主要集中在对住宅结构上的改进。对于养老机构方面，大多数养老院设施简单，服务欠缺，管理不规范。中国目前未富先老的状况及庞大的老年人数量决定了我国的养老模式必须是以居家养老为主，以机构养老和社区养老为辅，并且运用无线传感技术，物联网技术及计算机技术建立养老信息化平台[10]。近年来，在北京、上海、南京等地逐渐兴起了以社区为单位的“社区服务热线”居家养老模式，该模式利用先进的电子技术和强大的网络运营商，为空巢老人打造了全天候、数字化、智能化的养老服务模式，但因为研究起步较晚，该模式还存在许多亟待解决的问题，不能够大规模的普及与应用[8]。全国也将建立100多个智能化养老服务基地，但关于智能化养老服务的技术指标尚不明确，还需制定[9]。研究过程中要借鉴国外在智能养老方面的经验和技术，在明确应用目的的前提下，运用好智能检测技术，结合先进的养老服务理念为老人提供舒适、安全、方便的居住环境。
1.3 研究目标及内容
随着老龄人口的不断增加，现有的老年公寓与养老机构远远不能满足老年人安度晚年的需求。因此，基于无线传感网的居家养老环境安全监测系统应运而生，该系统能够实现对居家老人住宅环境与老人生命体征的远程监测与控制，为老人提供安全，舒适，方便，智能的居家环境，提高空巢老人的安全保障与生活质量。
按照我国智能养老产业的发展及养老服务市场的需求来看，基于无线传感网居家养老环境安全检测系统需具备以下功能：
目 录
1 引言 1
1.1 研究背景 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 研究目标及内容 2
2 系统总体设计 3
2.1 系统组成 3
2.2 无线传感网 4
2.3 网关 5
2.4 上位机 6
3 环境安全检测系统硬件概要 8
3.1 单片机模块 9
3.2 温湿度模块 9
3.3 煤气检测模块 10
3.4 ZigBee模块 10
3.5 一键呼叫模块 11
4 环境安全检测系统软件设计 11
4.1 主程序模块程序设计 11
4.2 温湿度模块软件设计 13
4.3 MQ5传感器的软件设计 15
4.4 ZigBee模块软件设计 17
4.5 上位机监控端软件设计 20
4.6 一键呼叫 23
5 系统调试 25
5.1 通信调试 25
5.2 程序调试 27
5.3 系统联调 28
5.4 系 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
统运行情况 28
结 论 31
致 谢 32
参 考 文 献 33
附录A 主程序代码 34
附录B 上位机代码框图 36
1 引言
1.1 研究背景
根据联合国的规定，老年型国家或地区的标准为：65岁以上的老年人口占总人口的7%以上，60岁以上的老年人口在总人口中的比例超过10%[1]。我国早在2001年就已经步入了老龄化的社会。根据第六次人口普查的数据显示，我国60岁及以上的老年人口已占到了社会总人口的13.26%，比2000年人口普查上升了2.93个百分点。其中65岁及以上人口占总人口的8.87%，比2000年人口普查上升了1.91个百分点[1]。根据普查结果可以看出，我国老龄化的进程在加快。随着人口老龄化问题的加剧，养老问题成为了不可忽视的社会问题。我国的养老方式主要分为家庭养老和机构养老两种，但有限的养老公寓、机构远远不能满足老年人安度晚年的需求。空巢老人和独居老人的逐年增加，逐步成为我国老龄化社会的一种发展趋势[2]。如何给老人提供一个舒适、安全、方便的养老环境，已经引起了政府的高度重视。
我国《社会养老服务体系建设“十二五”规划》指出，要大力推广“虚拟养老院”等新的服务模式[12]。2011年9月，国务院在《中国老龄事业发展“十二五”规划》中指出，建立以居家为基础、社区为依托、机构为支撑的养老服务体系，改善老人居住条件，创建中国特色的新型养老模式[3]。2012年6月，十一届全国人大常委会第二十七次会议首次审议老年人权益保障法修订草案，明确“养老以居家为基础”[3]。因此将智能家居、智能检测等现代技术融合到我国的养老服务中，是目前解决我国养老问题可行度最高的一种方法。
智能居家养老环境监测系统是一种现代化的养老模式，它是将无线传感网络、现代通信技术、计算机网络技术、老年服务行业技术与智能控制技术相融合，为老人提供方便、快捷、安全的舒适服务[4，5]。面对我国庞大的老年人群体，居家养老环境安全检测系统是未来居家养老服务发展不可或缺的一部分。
1.2 国内外研究现状
西方发达国家进入老龄化社会的时期比较早，积累了大量智能养老服务经验。为了满足人民的养老需求，服务方式和服务条件都在不断改进。因此智能养老服务发展理念比较先进，智能居家养老方面的技术也有许多重大突破。英国生命信托基金会最早提出了“智能养老”概念。智能养老也被称为“全智能化老年系统”，它是利用无线传感网络、电脑技术等手段，在家用电器中装上电子芯片，对家中老人进行远程检测[11]。瑞典Tass公司近年研制出一种在安卓系统上运行的移动健康监护系统，并自主研发了在手机上运行的健康监护软件，该系统可以通过无线接口连接手机及网络，将传感器采集到的心电图、血压等生命体征参数传输给手机并做相应的处理和分析[7]。
与发达国家相比，我国对于信息化居家养老的研究还处于比较落后的阶段。对于居家养老方面，养老住宅主要集中在对住宅结构上的改进。对于养老机构方面，大多数养老院设施简单，服务欠缺，管理不规范。中国目前未富先老的状况及庞大的老年人数量决定了我国的养老模式必须是以居家养老为主，以机构养老和社区养老为辅，并且运用无线传感技术，物联网技术及计算机技术建立养老信息化平台[10]。近年来，在北京、上海、南京等地逐渐兴起了以社区为单位的“社区服务热线”居家养老模式，该模式利用先进的电子技术和强大的网络运营商，为空巢老人打造了全天候、数字化、智能化的养老服务模式，但因为研究起步较晚，该模式还存在许多亟待解决的问题，不能够大规模的普及与应用[8]。全国也将建立100多个智能化养老服务基地，但关于智能化养老服务的技术指标尚不明确，还需制定[9]。研究过程中要借鉴国外在智能养老方面的经验和技术，在明确应用目的的前提下，运用好智能检测技术，结合先进的养老服务理念为老人提供舒适、安全、方便的居住环境。
1.3 研究目标及内容
随着老龄人口的不断增加，现有的老年公寓与养老机构远远不能满足老年人安度晚年的需求。因此，基于无线传感网的居家养老环境安全监测系统应运而生，该系统能够实现对居家老人住宅环境与老人生命体征的远程监测与控制，为老人提供安全，舒适，方便，智能的居家环境，提高空巢老人的安全保障与生活质量。
按照我国智能养老产业的发展及养老服务市场的需求来看，基于无线传感网居家养老环境安全检测系统需具备以下功能：
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