摘 要： 以ARM9核心處理器作為處理平臺，設計了一款針對老年人的睡眠感知系統。系統通過對人體生理參數和環境參數的綜合分析，推斷出老年人是否已經睡著，通過一定的閾值設定，觸發相應的利于睡眠的控制，并且通過睡眠，推測出老年人的情緒，通過GSM模塊向子女發出關心老年人的信號，子女通過網絡能夠清晰地看到家里老人的睡眠狀況。
關鍵詞： 人口老齡化；多數據融合算法；GSM
隨著中國社會的發展，人口老齡化的趨勢逐漸呈現，老年人的問題成為整個社會的問題，老年學也成為了一門新興的邊緣科學。很多的老人在退休后，面對無所事事的生活，有時會產生一種“空虛感”。特別是在老伴病逝后，與兒女分居，常常出現憂慮、焦慮的情況，睡眠的質量也明顯下降，甚至有時出現嚴重失眠的癥狀，嚴重影響老年人的身心健康。再者，老年人的身體素質逐漸下降，在夜晚特別容易突發高血壓、心血管等疾病，沒有子女在身邊，很難得到及時的救治。其次，子女雖然對父母的身體狀況和心理狀況也非常關心，但是由于工作和事業等原因，不能時刻待在父母身邊，卻沒有一種方式能夠知道父母當前的狀況，有時甚至由于工作繁忙忘記了和父母的交流。隨著物聯網技術、嵌入式技術、醫療技術、老年心理學等尖端科學技術的發展，為解決老年人問題提供了有效的理論依據和技術手段。
本系統是一款針對老年人的睡眠感知呵護系統，主要目的就是為了幫助老年人提高睡眠質量，監測老年人的身體狀況，給子女和醫生提供實時的有價值的睡眠和健康信息，甚至通過老年人睡眠的情況為老年人指定合理的膳食，進一步提高老年人的生活水平，最終提高老年人的幸福指數，從社會生活出發，構建和諧社會。該項目具有很強的前瞻性和廣闊市場價值，是物聯網的一個很有價值的應用。
老年人睡眠感知系統是基于ARM9開發平臺的一套實時監控系統，由溫度、濕度、壓力、脈搏等傳感器進行人體參量以及環境參量的數據采集，通過無線傳輸的方式將大量的數據傳送給匯聚節點，匯聚節點通過串口協議將數據傳送給ARM9核心處理器，通過多數據融合算法、均值方差遞推算法、模糊控制算法實現對老年人睡眠的實時監測及相應控制。通過友善的人機交互界面的設計方便了老年人這一群體對于現代高科技電子產品的使用。并且ARM９將采集到的數據通過以太網口，利用TCP/IP協議將數據傳入與之相連的客戶端，最終將整個系統連入互聯網，以到達在任何地方，任何位置，只要能夠上網，就能夠得知家里老年人的睡眠狀況，乃至心情狀況。
1 傳感網絡
本系統選用NRF24L01+芯片的模式。NRF24L01+是一款工作在2.45 GHz頻段的射頻芯片，引腳較少，容易控制，由該芯片構成的通信系統，其通信穩定，傳輸速率可達2 Mb/s。組網協議是根據工業串口的多機通信協議Modbus協議改寫而來[1]，實現一個主機對應多個從機的星狀拓撲網絡結構，經過測試，這種組網方式數據傳輸穩定。程序設計框圖如圖1和圖2所示。
該傳感網絡主要完成對溫濕度/體動、心率等生理參數的采集，以及完成相應的分布式控制。
2 ARM核心處理部分
無線傳感網的基站將接收的數據通過串口傳輸給ARM核心處理器，ARM將數據解析出來，每秒鐘進行一次小的數據處理，將獲取的數據格式化，存儲到ARM內部的小型數據庫SQLite，并且更新液晶顯示屏上的溫濕度信息[2]。每分鐘進行一次大一點的數據處理，通過均值遞推算法、方差遞推算法、分析得到體動變化頻率、體動強度、脈搏跳動頻率、脈搏跳動強度等信息，并且在液晶顯示屏上進行數據更新、通過多數據融合算法、模糊控制算法、每15 min進行一次判斷、分析人是否已經睡著，并將數據在液晶顯示屏上進行更新、每小時進行一次綜合評測，通過實驗數據判斷分析人是否失眠，如果失眠將觸發音頻設備播放音樂以誘導睡眠，并且通過GSM模塊將數據發送給子女提示信息，如果發生意外狀況，將觸發報警控制等。為使本系統的觸發條件盡量不影響人的正常睡眠，采取了最小觸發的方式。
2.1 均值和方差遞推算法
均值和方差遞推算法僅需對原始數據搜索一遍，使計算機讀磁盤量減少一倍；另外在磁盤附加一些新數據和刪除一些老數據時，無需從頭算起，使計算機工作量減少到最低限度；同時還可以計算出其中任何一個數據對均值方差的影響大小，從而可以輔助數據分析。這是統計均值、方差理想的快速算法，特別是當數據量大、數據變動多時，其優勢更加顯著[3]。
2.3 網絡通信
TCP協議的程序使用的是客戶端/服務器模式，在Qt中提供了QTcpSocket類來編寫客戶端程序，使用QTcpServer類編寫服務器端程序。設計時曾經在服務器端進行端口的監聽，一旦發現客戶端的連接請求，就會發出newConnection（）信號，此時可以關聯這個信號到設計者自己的槽函數，進行數據的發送。而在客戶端，一旦有數據到來就會發出readyRead（）信號，此時可以關聯此信號，進行數據的接收。
3 瀏覽器網頁訪問部分
網頁以圖表的方式呈現出老年人的睡眠狀態信息以及各個參量，點擊各個圖表能夠進一步詳細了解老年人近期的睡眠信息，通過網頁訪問，晚輩們能夠隨時隨地獲取家里老年人的睡眠狀況以及心情狀況。
該系統貼近生活，關注生活熱點和社會熱點，打破了傳統的睡眠監測模式，采用無線傳輸的方式，解決了復雜的布線問題，是對睡眠監測的一種創新。該系統通過模糊的處理方式，將研究的重點偏向于通過睡眠推斷老年人的心理，避免了復雜繁瑣的對于睡眠的精密研究，突出父母和子女間的交流以及子女對父母健康狀況的實時監控這一重點，非常有現實意義。
參考文獻
[1] 石東海.單片機數據通信技術從入門到精通[M].西安：西安電子科技大學出版社，2002.
[2] 陳艷華，侯安華，劉盼盼.基于ARM的嵌入式系統開發與實例[M].北京：人民郵電出版社，2008.
[3] 鄧胡濱，劉覺夫，王耀南.均值方差的遞推算法及其應用[J].計算機與現代化，1996（4）.
[4] 柳小軍，鮑鴻.基于ARM9多傳感器數據融合火災報警系統的實現[J].工業控制計算機，2009（3）.
[5] Myke Predko，田玉敏.精通8051程序設計[M].北京：人民郵電出版社，2006.