基于物联网技术的养老院管理系统设计与实现

硕士学位论文题目:基于物联网技术的养老院管理系统设计与实现研究生潘永友专业微电子学与固体电子学指导教师李文钧副教授完成日期2013年3月杭州电子科技大学硕士学位论文基于物联网技术的养老院管理系统设计与实现研究生：潘永友指导教师：李文钧副教授2013年3月DissertationSubmittedtoHangzhouDianziUniversityfortheDegreeofMasterDesignofTheNursingHomeManagementSystemBasedonInternetofThingsTechnologyCandidate:PanYongyouSupervisor:LiWenjunAssociateProfessorMarch，2013杭州电子科技大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。论文作者签名：潘永友日期：2013年3月19日学位论文使用授权说明本人完全了解杭州电子科技大学关于保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属杭州电子科技大学。本人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为杭州电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。（保密论文在解密后遵守此规定）论文作者签名：潘永友日期：2013年3月19日指导教师签名：李文钧日期：2013年3月19日杭州电子科技大学硕士学位论文摘要随着我国老年人口数量的逐年增加，人口抚养比也在迅速攀升，越来越多的老年人将走出家门进入养老院安度自己的晚年。同时国家和地方也相继出台了加快发展老龄事业的政策方针，作为机构养老主要组成部分的养老院将迅猛发展。在养老院规模扩大、设施日趋完善的同时，养老院的管理却成为制约其发展的瓶颈。当前的养老院管理系统多集中在业务管理层面，缺乏对老人的关爱和监护，造成养老院存在潜在的管理风险和完全隐患，因此急需一套满足养老院看护管理需求的智能化管理系统。本文依托物联网技术设计并实现了一套软硬件相结合的养老院管理系统。硬件部分融合了物联网的相关技术，设计了腕表、读写器和无线数据中继器三款硬件设备。软件部分则一方面借鉴传统经典的养老院管理系统，设计了支持养老院日常运行的业务管理功能；另一方面则在硬件设备的基础上，设计了针对老人的院区内外定位、摔倒检测、紧急呼叫、生命体征检测等看护管理功能。通过本养老院管理系统的使用，将有效提高养老院的管理服务水平和员工的工作效率，并为老人营造一个安全、人性化的养老环境。下面将对本养老院管理系统的设计实现过程中所做的工作进行概述。首先，分析了在人口老龄化和国家政策引导的背景下，以养老院为主的机构养老将快速发展的趋势，结合当前养老院所面对的问题，得出了养老院管理系统的市场需求和设计目标。分析了物联网技术在国内外的发展现状，并搜集了其在老人看护管理中的应用。研读了相关应用中所涉及的物联网技术、RFID技术、GPS定位技术、GSM/GPRS通信技术、互联网技术以及传感器技术。其次，从业务管理和看护管理两个角度对养老院的需求进行了分析，并据此设计了系统的总体结构，明确了系统的功能、构成及工作原理。针对硬件部分，设计了系统所需的读写器、腕表和无线数据中继器的硬件模块电路。针对软件部分，依据系统功能分析确定使用C/S和B/S的混合结构模式来搭建管理软件平台；借鉴“三层架构（表示层、业务逻辑层、数据访问层）”的软件架构设计思想设计了系统的软件架构；完成了软件开发平台及工具的选择，设计了系统数据库以及通信协议。最后，在完成了系统软硬件开发后，模拟养老院环境搭建了实地的测试平台，对系统软硬件进行连调。测试了室内人员定位、室外人员定位、人员路径跟踪、摔倒检测、紧急呼叫等功能，并对硬件电路的稳定性，软件平台的健壮性进行了检测。验证了系统的可实施性，同时也发现了设计中存在的缺陷，给出了总结概述。关键词：物联网，养老院，管理系统，RFID,定位杭州电子科技大学硕士学位论文ABSTRACTWiththeincreasingnumberofourcountry’sagingpopulationandtherapidrisingofdependencyratioyearbyyear,moreandmoreelderlypeoplewillliveinnursinghomestopasstherestoftheirlivespeacefully.Atthesametime,thenationalandlocalgovernmentshaveissuedpolicyguidelinestoacceleratethedevelopmentofthecauseofaging.Sothenursinghomeswilldeveloprapidly.Althoughthenursinghomes’scalesareexpandingandfacilitiesareimproving,themanagementhasbecomeabottleneckthatrestrictstheirdevelopment.Thecurrentnursinghomes’managementsystemmostlyfocusesonthebusinessmanagementlevelandthereislackofcareandguardianshipfortheelderly,whichhaspotentialmanagementrisksandsecurityrisks.Therefore,asetofintelligentmanagementsystemisurgentlyneededtomeetthedemandofcaremanagementinnursinghomes.Thisarticledescribesthedesignandrealizationofasetofnursinghomes’managementsystemwhichisbasedonInternetofThings.Thesystemconsistsofhardwarepartandsoftwarepart.BycombingInternetofThingstechnology,thehardwareparthasdesignedwatch,readerandwirelessdatarepeaterhardwaredevices.Asforthesoftwarepart,ontheonehand,ithasrealizedthebusinessmanagementfunctionstosupportnursinghomes’dailyrunningthroughlearningfromclassicnursinghomemanagementsystem;ontheotherhand,onthebasisofthehardware,ithasimplementedinsideandoutsidepositioning,falldetection,emergencycall,vitalsignsdetectionandothercaremanagementfunctions.Byusingthissystem,nursinghomescanimprovetheirservicelevelandemployeescanbemoreefficient.Moreimportantly,thissystemcancreateasafeandpersonalizedenvironmentfortheelderly.Followingisanoverviewoftheworkdoneintheprocessofdesignandimplementationofthemanagementsystem.First,byanalyzingthetrendofrapiddevelopmentofnursinghomesunderthebackgroundofpopulationagingandnationalpolicyguidelines，andbycombiningthecurrentproblemsfacedbynursinghomes,webecomeawareofmarketneedsanddesigngoalsofnursinghomes’managementsystem.WehaveunderstoodthedevelopmentstatusofInternetofThingstechnologybothhomeandabroadandcollectedinformationaboutthetechnology’sapplicationinthecaremanagementfortheelderly.Besides,wehavealsostudiedtheInternetofThingsandotherrelatedtechnologiesincludingRFIDtechnology,GPSpositioningtechnology,GSM/GPRScommunicationtechnology,Internettechnologyandsensortechnology.Second,accordingtotheanalysisofthedemandfornursinghomesfromtheperspectivesofbusinessmanagementandcaremanagement,wehavedesignedtheoverallstructureofthesystem杭州电子科技大学硕士学位论文anddefineditsfunctions,constitutionandoperatingprinciple.Forthehardwarepart,wehavedesignedmodulecircuitsofthereader,watchandwirelessdatarepeater.Forthesoftwarepart,wehavenotonlydeterminedtheusageofC/SandB/Smixedstructuretobuildamanagementsoftwareplatformontheanalysisofsystemfunctions,butalsoplannedthesystem’ssoftwarearchitecturebasedonthedesignideaof“three-tierarchitecture”.What’smore,wehavecompletedselectionofsoftwaredevelopmentplatformandtools,anddesignedsystemdatabaseandcommunicationprotocols.Finally,afterthecompletionofthesystemhardwareandsoftwaredevelopment,afieldtestplatform,whichmimickednursinghomesenvironment,wasbuilttodebugthesystemhardwareandsoftware.Duringthedebugging,wetestedthefunctionsofindoorpersonnellocation,outdoorpersonnelpositioning,personnelpathtracking,fallde