基于无线WIFI的多传感器智能环境感知标签

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随着我国人口老龄化以及家庭结构小型化的发展趋势,中高龄养老机构以及独居老人的数量正在逐年递增[1]。老人跌倒未及时发现并酿成大祸的事件屡屡发生。针对中高龄老人意外伤害发生频发的问题,应该采取有效的预防干预措施来减少意外伤害的发生。与此同时,我国大多数医院医护人员与床位、慢性病患者配比严重不足,经常造成医护人员长时间疲劳工作,极易造成工作失误,病患发生意外死亡,尤其是传染性疾病,极易造成医护人员的感染[2]。针对病患日常监护与意外伤害发生率较高的问题,急需一种新的监测方式,不但能减少医护人员受感染的风险,还能更快速高效的对病患的状态实时监测。因此,设计一套智能远程感知监测系统,用于检测高龄老人和病患的日常行为状态与周围环境是非常有必要的。本文通过分析现有环境数据感知设备存在的问题,设计并实现了一种基于无线WIFI的多传感器智能环境感知标签,充分利用无线传感器网络和WIFI通信技术的优势,结合互联网大数据平台对环境参数进行多维度全方位实时监测,通过对环境数据分析处理实现事前及时预警和过程实时监测。本文主要内容包括:(1)通过分析国内外老人环境监测设备研究情况,详细研究了本系统中所用到的IEEE 802.11 WIFI传输协议、TCP/IP协议、RTOS实时操作系统的基本原理,对比分析了不同算法的误报率及其缺陷所在。(2)完成感知标签硬件原理图设计以及PCB的绘制工作,重点设计电源电路、主处理器电路与传感器电路部分。(3)完成了感知系统软件代码的编写,其中包括底层驱动代码、RTOS操作系统代码、传输协议代码与任务逻辑的编写。(4)完成了感知系统中检测算法的研究和实验验证,重点研究分析了峰值检测算法、阈值检测算法、向量机算法(SVM)以及几种算法相结合之后进行对比实验。对三种算法进行比较分析,实验结果表明单就一种算法无法满足需求,需采用个性化异常判定算法。(5)针对现实应用中系统误报率高的问题,最后提出个性化异常判定算法,即多项创新的数据分析及处理算法相结合,对所采集到的环境信息通过算法进行整合处理,生成预测模型。实验结果表明本系统可以实现老人与病患的日常行为数据以及周围环境进行智能远程实时监测、预判、报警等功能,数据精度最高可达0.1%,并减少大约95%的误报率。
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