【開源樣例】基于小凌派RK2206的智慧養(yǎng)老院設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目由黎明職業(yè)大學(xué)唐英瑞、賴惠敏、吳秋娟同學(xué)，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(xiàng)目背景

根據(jù)《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(yù)測報告》報告顯示，數(shù)字技術(shù)和人工智能機(jī)器人技術(shù)在養(yǎng)老產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用給養(yǎng)老帶來了變革。智能養(yǎng)老是指融合應(yīng)用健康醫(yī)療電子、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)和產(chǎn)品，采集人體體征、居家環(huán)境等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)家庭、社區(qū)醫(yī)療機(jī)構(gòu)、健康養(yǎng)老服務(wù)機(jī)構(gòu)、專業(yè)醫(yī)療機(jī)構(gòu)間的信息互聯(lián)互通和分析處理，提供智能化、個性化、多樣化產(chǎn)品和服務(wù)，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(shí)現(xiàn)智能化、信息化的管理。智慧養(yǎng)老院項(xiàng)目通過小凌派提來升養(yǎng)老院機(jī)構(gòu)的管理效率和信息化水平，通過自動采集老人日?；顒?、身體狀態(tài)及居住環(huán)境等數(shù)據(jù)，針對異常情況進(jìn)行快捷的預(yù)警及報警響應(yīng)。

2. 項(xiàng)目簡介

2.1 項(xiàng)目描述

該項(xiàng)目基于OpenHarmony系統(tǒng)，以小凌派開發(fā)板作為感知層核心，利用國產(chǎn)開源OpenHarmony操作系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境參數(shù)檢測、網(wǎng)絡(luò)連接等應(yīng)用。以云服務(wù)器為基礎(chǔ)構(gòu)建智慧養(yǎng)老院系統(tǒng)服務(wù)平臺，實(shí)現(xiàn)云平臺與傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的通信連接管理等；構(gòu)建遠(yuǎn)程信息管理和控制的Web應(yīng)用平臺。充分利用互聯(lián)網(wǎng)和Web技術(shù)為用戶提供實(shí)時定位、實(shí)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(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。

2.2 功能說明

• 控制臺可以實(shí)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(jī)app可以自動控制門的開關(guān)，可以根據(jù)當(dāng)前的環(huán)境信息實(shí)現(xiàn)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(dāng)老人走丟時路人可通過老人允許的情況下手機(jī)登陸NFC查詢到老人的信息，方便后續(xù)聯(lián)系親屬和工作人員。

• 通過云服務(wù)器的數(shù)據(jù)傳輸在Web端可視化界面上面實(shí)時顯示當(dāng)前養(yǎng)老院的環(huán)境狀態(tài)，老人的體感溫度，以及實(shí)時位置狀態(tài)。

• 在Web端可以實(shí)時顯示數(shù)據(jù)曲線，可通過時間查看老人的歷史軌跡，并且?guī)в写鎯?shù)據(jù)的功能，存儲的數(shù)據(jù)包括四部分，分別是溫濕度、光敏和位置信息，數(shù)據(jù)保存到mysql文件中，方便后期對數(shù)據(jù)分析處理。
  

2.3 系統(tǒng)功能模塊劃分

智慧養(yǎng)老院采用四層物聯(lián)網(wǎng)模型結(jié)構(gòu)，即感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層和應(yīng)用層。其中，系統(tǒng)的環(huán)境參數(shù)檢測功能被劃分到感知層，負(fù)責(zé)完成溫濕度、光照強(qiáng)度、MQ-135等環(huán)境信息和老人模擬體感溫度的采集任務(wù)，北斗定位實(shí)現(xiàn)老人的軌跡采集；網(wǎng)絡(luò)層包括網(wǎng)絡(luò)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(shù)據(jù)上傳到云服務(wù)系統(tǒng)，同時將云服務(wù)器的信息或指令下發(fā)給感知層設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)層使用Wi-Fi通信方式接入網(wǎng)絡(luò)，采用MQTT協(xié)議等推送數(shù)據(jù)信息到平臺層和應(yīng)用層。云服務(wù)主要支持平臺層功能，負(fù)責(zé)設(shè)備管理、命令下發(fā)、信息存儲等管理功能。應(yīng)用層則利用云服務(wù)器提供的服務(wù)或手機(jī)等用戶終端來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化。

2.4 系統(tǒng)功能邏輯

本系統(tǒng)的功能邏輯如下圖所示。設(shè)計(jì)方案以小凌派鴻蒙開發(fā)板為核心實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層和感知層的主要功能。該開發(fā)板使用小凌派處理器，運(yùn)行OpenHarmony操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)包括系統(tǒng)外設(shè)初始化、網(wǎng)絡(luò)接入、系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)采集等功能。平臺層和應(yīng)用層則由云服務(wù)器和小凌派鴻蒙開發(fā)板協(xié)同實(shí)現(xiàn)。

2.5 項(xiàng)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(jī)NFC展示界面

2.5.3 網(wǎng)頁端效果展示

手環(huán)的實(shí)時位置和采集周圍實(shí)時溫濕度

查看老人的歷史運(yùn)動軌跡

養(yǎng)老院實(shí)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(shí)物模型

3. 整體設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)，可接入所有的E53案例擴(kuò)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(shí)現(xiàn)與載有NFC功能的手機(jī)“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(fēng)接口、E53 接口（包含 UART、 IIC、ADC、DAC、PWM、5 個 GPIO）。

• 一根TypeC USB線，即可實(shí)現(xiàn)供電、下載等功能。

• 一根TypeC USB線，可支持串口調(diào)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(jìn)行開發(fā)，Visual Studio Code默認(rèn)是在VSCode的控制臺下查看html頁面，這對于我們調(diào)試和查看效果十分不方便。所以這里我們需要安裝一下擴(kuò)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(wǎng)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(rèn)瀏覽器下打開你寫的頁面了。

當(dāng)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(shù)檢測

環(huán)境參數(shù)檢測通過溫濕度傳感器、光敏傳感器、MQ-135傳感器、oled屏幕實(shí)現(xiàn)和顯示。獲取到的空氣質(zhì)量、光敏強(qiáng)度以及養(yǎng)老院溫濕度等環(huán)境信息通過MQTT協(xié)議上傳到數(shù)據(jù)庫并儲存起來，可在必要時用于比較和平時數(shù)據(jù)的提取。環(huán)境參數(shù)檢測的關(guān)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(shè)備所在的經(jīng)緯位置通過串口數(shù)據(jù)發(fā)送給中臺/后臺處理。處理后的結(jié)果寫入數(shù)據(jù)庫，同時發(fā)送給網(wǎng)頁將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成可視化的點(diǎn)實(shí)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(guān)鍵代碼如下：

4.4 遙控大門

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

遙控大門的關(guān)鍵代碼如下：

4.5 MQTT協(xié)議

消息隊(duì)列遙測傳輸協(xié)議，是一種基于TCP/IP協(xié)議的即時通訊協(xié)議，采用發(fā)布、訂閱模式為處于網(wǎng)絡(luò)層上的傳感器與平臺層、應(yīng)用層提供實(shí)時消息服務(wù)。MQTT協(xié)議開銷低，帶寬占用小，易于實(shí)現(xiàn)，在物聯(lián)網(wǎng)工程中應(yīng)用廣泛。作為MQTT協(xié)議的客戶端，開發(fā)板上需要布置相關(guān)業(yè)務(wù)代碼，主要包括網(wǎng)絡(luò)連接信息結(jié)構(gòu)體定義、MQTT 客戶端信息結(jié)構(gòu)體、MQTT 客戶端初始化、MQTT客戶端連接代理服務(wù)器、訂閱MQTT消息、發(fā)布MQTT消息等。這些業(yè)務(wù)代碼，本文的設(shè)計(jì)采用鴻蒙系統(tǒng)項(xiàng)目下的第三方代碼進(jìn)行布置。MQTT協(xié)議關(guān)鍵代碼展示如下。

5. 項(xiàng)目總結(jié)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(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，硬鍵選用小凌派rk-2206處理器的輕量級終端，具有數(shù)據(jù)實(shí)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(shù)手段從遠(yuǎn)程監(jiān)控、實(shí)時定位、統(tǒng)一平臺信息交互等角度多方位打造信息化養(yǎng)老服務(wù)系統(tǒng)，滿足老人和家庭的現(xiàn)代化、科學(xué)化和人性化的產(chǎn)業(yè)需求。項(xiàng)目雖然實(shí)現(xiàn)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(shè)備就工作不了，這個問題，是我們目前遇到的一大阻礙，設(shè)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(jī)卡類似的定位設(shè)備，即使沒有網(wǎng)絡(luò)也能夠和北斗衛(wèi)星相互聯(lián)系，還要解決能源問題，不可能經(jīng)常把北斗手表取下來充電。

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