老人摔倒监测与家居安防控制系统设计

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

我国人口老龄化进程持续加快，独居、空巢老人数量不断增长，居家养老成为多数老年人的主要生活方式。老人独自居家时，容易发生摔倒、火灾、温湿度失衡等各类安全事故，跌倒更是造成老年人受伤甚至死亡的重要诱因，火灾隐患也时刻威胁居家生命财产安全。多数家庭依靠老人自我防护以及家属定期探望，人工监护存在明显的时间盲区，意外发生后往往无法第一时间得到救助，极易延误救援时机。市面上部分安防产品功能较为单一，大多只针对防火防盗，缺少跌倒识别、家居环境自动调节一体化能力，部分设备操作复杂，并不适合老年人使用。

在此背景下，研发一套兼顾跌倒监测、险情报警与家居环境自动调控的控制系统具备很强现实意义。本系统将人体状态识别、多类环境感知、自动设备控制与远程告警相结合，能够对居家环境进行全天候监测，发生老人摔倒、火情等紧急状况时及时发出本地与远程告警，同时根据室内温湿度、光照条件自动管控家居设备，改善老人居住舒适度。该设计可以弥补人工监护的不足，降低居家意外带来的伤害风险，减轻家属照护的心理压力。整套系统架构简洁，兼顾自主供电与市电互补，适配普通家庭改造使用，对于推进居家适老化建设，提升独居老人居家安全保障水平，维护老年人生命安全有着重要的实用价值。

1.2 国内外研究现状

国内在智慧居家养老安防领域研究发展迅速，大量研究将物联网传感技术运用于老人居家监护，跌倒检测主要分为穿戴设备检测与视觉识别检测两类，同时结合烟雾、温湿度传感器搭建家居安防体系。国内众多高校与企业针对居家场景开展相关研究，不少方案能够实现火情报警、环境参数采集以及简单的远程告警，部分产品已经在社区养老项目落地应用。但现阶段多数系统功能较为分散，跌倒监测和家居环境控制大多相互独立，一体化集成方案相对较少，部分视觉识别方案部署成本较高，对硬件性能有一定要求。同时很多产品只支持市电供电，缺少太阳能辅助供电的设计，在断电场景下系统就会失效，并且部分设备交互逻辑复杂，老年人学习使用存在门槛，面向普通家庭低成本一体化的监护系统仍有进一步完善空间。

国外针对老年居家监护技术起步较早，在跌倒检测算法、智能传感、智能家居联动方面积累大量研究成果，很多研究将机器视觉、压力传感、雷达感知技术用于老人跌倒识别，相关算法识别精度较高，物联网云平台技术成熟，可以实现多终端数据共享，部分成熟产品已经投入养老机构使用。国外产品普遍功能完善，系统集成度高，不过成套设备造价高昂，整体成本偏高，大多面向机构养老场景，并不适合普通家庭大规模普及。另外多数国外设备的功能逻辑是基于当地居住习惯设计，和国内普通家庭居家环境适配度有限，在能源供给、告警方式、操作交互方面不完全贴合国内老人的实际使用需求，直接引进使用会存在诸多不便。

1.3 研究内容与方法

本设计搭建一套集老人跌倒监测与家居安防于一体的控制系统，采用主控单元作为整个系统的核心，完成硬件电路的方案设计、器件选型、电路绘制与实物焊接调试，搭建包含环境感知、人体状态识别、能源检测、按键交互、显示输出、执行驱动以及无线通信在内的完整硬件平台。软件方面完成各外设驱动程序编写，实现各类环境信息采集、人体跌倒识别判断，根据采集到的参数自动控制家居执行设备，完成光照联动照明、温湿度调控、火情应急处置，实现一键报警，完成太阳能与市电供电状态检测和供电模式自动切换，借助通信单元实现短信告警以及云平台的数据上传。完成软硬件联调，反复测试各项功能，排查系统运行故障，验证跌倒告警、安防报警、环境自动调控等功能的运行效果，完成整套系统的功能验证。