智能老人助理系统设计

智能老人助理系统设计

刘家明

西北民族大学电气工程学院甘肃兰州730124

摘要：目前我国已经进入老龄化，“空巢家庭’旧趋增多，越来越多的老年人“照顾缺位”，子女更没有太多精力在家照看老人。一些身体虚弱、生活不能自理的老人不能得到很好的照顾。老人独自在家时若发生一些意外事故，不能得到及时有效的救助而造成严重后果。这迫切要求我们通过技术手段辅助老人生活,帮助老人解决衣食住行的困难，并且方便和外界通信及子女照看老人。

关键词：智能老人助理；ZigBee；家政机器人；语音识别；APP应用

1系统总体设计

1.1设计思路

基于如今老人的生活现状，我们提出物联网智能老人助理系统，该系统主要利用ZigBee模块上的振动、红外、超声波等传感器检测环境信息，小车机器人利用电机、摄像头、机械臂等完成巡航与指定位置取物。ZigBee主节点模块将采集到的各个子节点的数据发送给主控模块分析处理。数据经过WIFI传送到互联网云端服务器后，云端服务器定期对数据进行分析处理并反馈给用户。系统中的语音模块和连入WIFI的手机端APP获取用户指令后，将数据发送主控模块，系统完成相应的操作。

1.2设计目的

本项目主要是辅助老人解决行动不便和记忆力差的问题如下雨了想关窗却很难起身、隔壁房间发生异常动静需要查看，做完饭后炉灶的开关是否关闭等。该项目可以通过语音和APP的操作帮助老人去完成一些家电设备的控制、提醒忘记的事务和利用小车机器人去巡航与取物，同时方便老人子女方便监视老人状态。除此之外，项目中设计的小车机器人还可为为未来家政机器人提供预研经验。

2感知层和网络层的设计

2.1传感器的选择、工作原理及用途

传感器的选择有：振动传感器SW-420D，红外传感器E18-D80NK，超声波传感器US-100。

工作原理及其用途

1.振动传感器

原理：基于电磁感应原理，即当运动的导体在固定的磁场里切割磁力线时，导体两端就感生出电动势。

用途：检测房间是否发生意外振动，本项目中作为小车机器人巡视房间的触发开关。

2.红外传感器

原理：它是利用红外辐射与物质相互作用所呈现出来的物理效应探测红外辐射的传感器。

用途：用于小车机器人的巡视房间的路径检测和检测区域是否存在人。

3.超声波传感器

原理：超声波传感器是将超声波信号转换成其他能量信号（通常是电信号）的传感器。超声波是振动频率高于20KHz的机械波。它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。

用途：用于小车机器人检测前方是否有障碍物，达到避障的目的。

2.2网络层的设计

网络层设计选择模块有：WiFi（CC3100模块），ZigBee（CC2530模块）。相关用途如下：

1.WiFi：利用WiFi将数据传送至互联网云端服务器，在室内用户通过APP连接WiFI发送操作指令，系统完成相关功能。

2.ZigBee：利用ZigBee构建无线传感器网络，网络采用星型网络拓扑结构，将各个子节点采集的数据传送给主节点。

2.3主控模块的选择

主控模块选择TI公司的ARM?Cortex?-M4（CC3200处理器），模块简介和用途如下：

1.简介

针对物联网(IoT)应用的SimpleLinkCC3200器件是一款集成了高性能ARMCortex-M4MCU的无线MCU，使得客户能够用单个集成电路(IC)开发整个应用。借助片上Wi-Fi，互联网和稳健耐用的安全协议，无需之前的Wi-Fi经验即可实现更开速的开发。此器件包含多种外设，其中包括一个快速并行摄像头接口，I2S，SD/MMC，UART，SPI，I2C和四通道模数转换器(ADC)。CC3200系列包括用于代码和数据的灵活嵌入式RAM，以及具有外部串行闪存引导加载程序和外设驱动程序的ROM。Wi-Fi网络处理器子系统特有一个Wi-Fi片上互联网并且包含一个额外的专用ARMMCU，此MCU可完全免除应用MCU的处理负担。这个子系统包含802.11b/g/n射频、基带和具有强大加密引擎的MAC，以实现支持256位加密的快速、安全互联网连接。CC3200器件支持基站、访问点和Wi-Fi直接模式。此器件还支持WPA2个人和企业安全性以及WPS2.0。Wi-Fi片上互联网包括嵌入式TCP/IP和TLS/SSL堆栈，HTTP服务器和多个互联网协议。

2.用途

作为本系统的主控模块，主要完成数据的分析处理。加上片上WiFI和ZigBee构建智能家居系统里的网关平台。

2.4公有云的选择及用途

利用公有云（腾讯云）搭建具有公网IP的服务器，将用户在服务器上安装数据库，接受来自用户的数据。对数据分析处理后，定期将分析结果反馈给用户。

3结语

本文基于ZigBee构建的无线传感器网络和云服务器的数据存储、处理、分析，通过WIFI模块完成互联网信息的传送，传送的信息再由主控模块根据老人用户需求，完成相应的指令操作。随着我国老龄化老人人口的增加，老人独自在家的发生危险事件不能及时的防范与处理。本设计旨在利用智能化系统为老人提供可靠的帮助，为子女对于老人的关心和爱护提高有效的力量。

参考文献:

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