跌倒檢測穿戴式+緊急按鈕+室內追蹤開源設備

描述

我想解決什么問題？

每年，65 歲以上的人口中有 30% 到 50% 跌倒。這是老年人受傷的主要原因，也是意外死亡的主要原因。統(tǒng)計數據顯示，如果沒有及時得到醫(yī)療護理，65 歲以上的人中有超過 30% 的跌倒導致死亡。對于 85 歲以上的人來說，這個數字高達 60%。

在現代世界中，大多數老年人（或夫婦）獨自居住在小公寓或房屋中。雖然老年人跌倒是不可避免的，但我們應該有一個機制，當一個人跌倒時，可以聯系緊急聯系人或醫(yī)生，甚至是 911。

我的解決方案是什么？

好吧，我不會聲稱我的原型會解決問題，但肯定會解決一些問題并提供方向，如何擴大原型的范圍以解決更多與跌倒相關的問題。

我的原型包括 3 個組件

1. 可穿戴設備

哪個老人會掛在脖子或上臂上。該設備有一個“MPU 6050 三軸加速度計和陀螺儀”傳感器，有助于確定跌倒。設備由一節(jié)可充電 18650 電池和用于微型 USB 充電的 TP4056 模塊供電。設備配備了一個緊急按鈕，可觸發(fā)短信并呼叫緊急聯系人/護理人員。設備還充當iBeacon BLE 發(fā)射器，由擴展塢用于室內位置跟蹤。

2. 擴展塢

當檢測到跌倒或按下可穿戴設備上的緊急按鈕時，它會提供藥物提醒的音頻消息并激活警報器。擴展塢配備無線充電器，可對可穿戴設備進行無線充電。對于因手部抖動而難以插入微型 USB 的老年人來說，這聽起來微不足道，但非常重要。它還具有一些 LED 用于可視指示可穿戴設備是否在線、最近宣布的任何藥物提醒等。擴展塢還接收可穿戴設備發(fā)送的 iBeacon 信號，并計算人與站點的距離并將數據實時發(fā)布到移動應用程序時間。

3. 移動應用

專為護理人員或緊急聯系人而設計。使用該應用程序，用戶可以設置緊急電話號碼，如果可穿戴設備檢測到跌倒或按下可穿戴設備上的緊急按鈕，該號碼將接收短信和語音電話。用戶可以設置藥物提醒，確認事件。如果事件在 30 分鐘內未得到確認，則通過相同的通信協(xié)議通知第二個聯系人，以確保該人盡快得到關注。用戶還可以實時跟蹤可穿戴設備的室內位置，以了解此人的位置。

產品特性一覽

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高層架構/通信圖

設備和移動應用程序之間的主要通信協(xié)議是 MQTT。數據存儲在 SQLite 數據庫中，后端部署到 Amazon EC2 實例。REST 協(xié)議用于與后端服務通信。

AWS Polly 用于從文本（藥物警報）生成語音警報，AWS Pinpoint 用于在不使用任何 SIM 卡或蜂窩運營商的情況下撥打語音電話和短信。

可穿戴設備充當 iBeacon 發(fā)射器，擴展塢充當接收器。塢站計算傳輸信號的距離并發(fā)布到 MQTT。移動應用程序監(jiān)聽主題并實時更新位置。

如何重新創(chuàng)建此項目

好吧，正如您所了解的，這個項目有 3 個主要組成部分，我一次只講一個。

在開始之前，我會要求您將 gihub 存儲庫克隆到您的筆記本電腦上。

1.可穿戴設備

讓我們從使用 Raspberry Pi Zero 構建的可穿戴設備開始。我假設你已經預先配置了帶有 nodejs、npm 和 python3 的 Raspberry Pi。如果您是 Raspberry Pi 開發(fā)新手，互聯網上有很多很棒的教程。您可以查看https://www.w3schools.com/nodejs/nodejs_raspberrypi.asp。Raspbian OS 預裝了 Python 2 & 3 和 NodeJS。使用 Rasbian 映像刻錄 SD 卡后，將其插入 Pi。啟動您的 Pi Zero 并配置 Wifi。完成后，接下來您將安裝一些其他藍牙傳輸軟件。我鼓勵您閱讀以下兩篇文章，它們將逐步指導您如何安裝必要的軟件以將您的 pi 用作 ibeacon 發(fā)射器。

http://www.wadewegner.com/2014/05/create-an-ibeacon-transmitter-with-the-raspberry-pi/

https://hackncheese.com/2014/01/28/PiBeacon/

完成后，在 /home/pi 下創(chuàng)建一個名為“detection”的文件夾，并將 /ble-device 中的所有文件 FTP 到該文件夾??。確切地說，有4個文件。

您可以為此使用任何 FTP 軟件。我個人更喜歡免費的 FileZilla！

現在， cd 進入檢測文件夾并執(zhí)行以下命令以安裝 python 依賴項

sudo pip3 install paho-mqtt

當您完成軟件安裝后，讓我們看一下原理圖并連接您的傳感器和其他硬件。為確保您的 Pi 能夠識別 MPU5060，請運行以下命令，您應該會看到地址“68”出現。如果沒有，則從配置首選項檢查是否為您的 Pi 啟用了 IC2 接口。

sudo i2cdetect -y 1

接下來，您需要獲取藍牙設備的 MAC 地址。執(zhí)行以下命令并復制突出顯示的 MAC 地址。你在幾個地方需要這個地址。所以復制到一個文本文件或筆記。

還要從 ibeacon_start 文件中復制 UUID。你以后需要那個。

sudo hciconfig

在注冊服務之前，請通過手動運行腳本來檢查它們。

./ibeacon_start

在另一個終端運行

sudo python3 fall_detection.py

如果您在控制臺中沒有看到任何錯誤，則一切就緒！現在執(zhí)行以下命令將這兩個腳本注冊為服務，這樣當您重新啟動 Pi 時，這些腳本會自動啟動。

sudo sh detection-service.sh

然后重啟你的 pi

sudo reboot

一旦您的 Pi 再次啟動，請鍵入以下命令以檢查您的服務是否處于活動狀態(tài)。

sudo systemctl status detection.service

2.后端

接下來我們將啟動后端服務。它是 NodeJS 項目，我已部署到 AWS EC2，但您可以在任何地方部署，甚至在本地運行。如果您在本地運行，則需要使用“ngrok”或類似的東西，以便移動應用程序可以通過互聯網連接到您的服務器。要啟動服務器，您只需要執(zhí)行以下命令。我假設您安裝了 NodeJS 8+。

npm install
node server.js

3.擴展塢

是時候讓擴展塢啟動并運行了。我使用過 Raspberry Pi 3 Model B，但您可以使用 Pi Zero（我只是沒有備用 Pi Zero）。確保您安裝了與可穿戴設備中類似的操作系統(tǒng)和軟件。然后按照原理圖連接 LED。我使用 RASPIAUDIO ( https://www.raspiaudio.com/raspiaudio-aiy ) 作為揚聲器。按照鏈接安裝必要的軟件。您可以使用任何其他帶有 3.5 連接器的揚聲器，但請記住，您可能需要單獨的電源，這是我選擇 RASPIAUDIO 的另一個原因。

完成上述步驟后，將所有文件從 /dock 復制到 /home/pi/dock 文件夾。

由于我們使用的是 AWS Polly，因此您需要配置 AWS CLI。運行下面的命令來安裝它，然后配置它。您需要在 AWS 控制臺中創(chuàng)建一個用戶并向 AWS Polly 授予權限。

sudo apt-get install awscli
sudo aws configure

然后安裝其他python依賴

sudo pip3 install paho-mqtt  boto3

然后安裝nodejs依賴

npm install

您需要根據您的后端公共 url更改main.py中的 BACKEND_URL 變量。

您還需要更改scan.js文件中的 addressToTrack 變量。這是您之前復制的可穿戴設備的 MAC 地址。請刪除所有“：”并粘貼 12 個字符的 MAC 地址。

在注冊服務之前，請手動運行腳本以確保沒有錯誤。

sudo node scan.js

在另一個終端

sudo python3 main.py

如果兩個腳本都運行沒有錯誤，請停止它們并執(zhí)行以下腳本

sudo sh dock-service.sh

然后重啟

sudo reboot

一旦你的 pi 啟動，檢查服務的狀態(tài)

sudo systemctl status dock.service

如果它顯示“活動”并且您的可穿戴設備正在運行，您應該會看到綠色和琥珀色 LED 亮起，這將確保可穿戴設備在線。綠色用于跌倒檢測，琥珀色用于 ibeacon 傳輸。

4. 移動應用

現在是最后一個組件。這是一個 Ionic 混合移動應用程序，如果您不想在移動設備上作為應用程序部署，它也可以在瀏覽器上運行。如果您沒有安裝 ionic cli，請訪問 ionic 官網https://ionicframework.com并安裝。

安裝后，進入 /mobile-app 目錄并發(fā)出以下命令。

npm install

這應該安裝所有必要的依賴項。然后進入 src/environments/environment.ts 文件并根據您的公共后端 url 更改 url 變量。然后發(fā)出以下命令在瀏覽器上運行應用程序

ionic serve

這應該會在您的默認瀏覽器上打開該應用程序。您應該看到如下登錄頁面。該項目為您預加載了一個用戶。用戶名是owner@gmail.com ，密碼是密碼。您可能需要更新電話號碼和可穿戴設備 MAC ID。

而已 ！如果一切順利，您應該會看到您的可穿戴設備處于在線狀態(tài)，并且跟蹤將被激活。

3D打印

我附上了我設計和打印的 3 個打印文件。但我的 3D 打印技能處于初學者水平。因此，我鼓勵您修改我的文件或創(chuàng)建自己的文件，或者至少在打印之前進行審查。

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