基于小凌派 RK2206的智慧养老院设计

本项目由黎明职业大学唐英瑞、赖惠敏、吴秋娟同学，获得福建省首届OpenHarmony开发者大赛三等奖，感谢王国栋老师倾情供稿！

         
 

         
 

1. 项目背景

         
 

       根据《2023-2028年中国智慧养老行业市场深度分析及投资潜力预测报告》报告显示，数字技术和人工智能机器人技术在养老产业中的应用给养老带来了变革。智能养老是指融合应用健康医疗电子、物联网、云计算、大数据、移动互联网等信息技术和产品，采集人体体征、居家环境等数据，实现家庭、社区医疗机构、健康养老服务机构、专业医疗机构间的信息互联互通和分析处理，提供智能化、个性化、多样化产品和服务，满足人民群众日益迫切的健康养老需求。

随着我国家庭小型化发展趋势的日益凸显，少子、老龄化使得空巢老人家庭日益增多。针对此状况，养老院、老人公寓开始逐步发展，就目前的养老院而言，由于管理手段落后，不能实现智能化、信息化的管理。智慧养老院项目通过小凌派来提升养老院机构的管理效率和信息化水平，通过自动采集老人日常活动、身体状态及居住环境等数据，针对异常情况进行快捷的预警及报警响应。

2. 项目简介

         
 

2.1 项目描述

         
 

       该项目基于OpenHarmony系统，以小凌派开发板作为感知层核心，利用国产开源OpenHarmony操作系统开发环境参数检测、网络连接等应用。以云服务器为基础构建智慧养老院系统服务平台，实现云平台与传感网络系统的通信连接管理等；构建远程信息管理和控制的Web应用平台。充分利用互联网和Web技术为用户提供实时定位、实时环境监测、信息管理等功能，使得用户在一定程度上脱离时间和空间的限制，实现对现场的远程监控和管理。

         
 

2.2 功能说明

         
 

控制台可以实时采集养老院中的环境信息，主要包括温度、湿度、光敏。

控制台和手机app可以自动控制门的开关，可以根据当前的环境信息实现报警功能。

北斗手环配有NFC和定位、模拟老人体感温度功能，当老人走丢时路人可通过老人允许的情况下手机登陆NFC查询到老人的信息，方便后续联系亲属和工作人员。

通过云服务器的数据传输在Web端可视化界面上面实时显示当前养老院的环境状态，老人的体感温度，以及实时位置状态。

在Web端可以实时显示数据曲线，可通过时间查看老人的历史轨迹，并且带有存储数据的功能，存储的数据包括四部分，分别是温湿度、光敏和位置信息，数据保存到mysql文件中，方便后期对数据分析处理。

         
 

2.3 系统功能模块划分

         
 

       智慧养老院采用四层物联网模型结构，即感知层、网络层、平台层和应用层。其中，系统的环境参数检测功能被划分到感知层，负责完成温湿度、光照强度、MQ-135等环境信息和老人模拟体感温度的采集任务，北斗定位实现老人的轨迹采集；网络层包括网络接入功能以及信息传输功能。这里面，信息传输功能主要是将感知层获取的数据上传到云服务系统，同时将云服务器的信息或指令下发给感知层设备。网络层使用Wi-Fi通信方式接入网络，采用MQTT协议等推送数据信息到平台层和应用层。云服务主要支持平台层功能，负责设备管理、命令下发、信息存储等管理功能。应用层则利用云服务器提供的服务或手机等用户终端来实现数据的可视化。

         
 

2.4 系统功能逻辑

         
 

       本系统的功能逻辑如下图所示。设计方案以小凌派Harmony开发板为核心实现网络层和感知层的主要功能。该开发板使用小凌派处理器，运行OpenHarmony操作系统，实现包括系统外设初始化、网络接入、系统管理、数据采集等功能。平台层和应用层则由云服务器和小凌派Harmony开发板协同实现。

         
 

               

2.5 项目展示

         
 

2.5.1 智能手环效果展示

         
 

智能手环-TFT屏显示         

2.5.2 APP端效果展示

         
 

手机NFC展示界面

2.5.3 网页端效果展示

         
 

手环的实时位置和采集周围实时温湿度

查看老人的历史运动轨迹

养老院实时环境监测

        养老院大门的控制

2.5.4 模型整体效果展示

         
 

        智慧养老院实物模型         

3. 整体设计方案

         
 

3.1 软件框架

         
 

         
 

3.2 硬件框架

         
 

       主控芯片采用小凌派rk2206开发板。

采用采用IoTCluB的E53接口标准，可接入所有的E53案例扩展板。

主控为瑞芯微RK2206芯片，200MHz主频，RAM 256KB、ROM 16KB、PSRAM 8M、FLASH 8M。

板载NFC Forum Type 2 Tag芯片及天线，可实现与载有NFC功能的手机“碰一碰”功能。

支持 IEEE 802.11b/g/n 制式，AP 模式。

USB 2.0 、SD card /SPI/IIC 接口、麦克风接口、E53 接口（包含 UART、 IIC、ADC、DAC、PWM、5 个 GPIO）。

一根TypeC USB线，即可实现供电、下载等功能。

一根TypeC USB线，可支持串口调试功能。

       
 

3.3 其他模块

         
 

        

4. 软件方案

         
 

4.1 开发环境简介

         
 

       软件开发在Visual Studio Code中进行开发，Visual Studio Code默认是在VSCode的控制台下查看html页面，这对于我们调试和查看效果十分不方便。所以这里我们需要安装一下扩展插件(open in browser)，这样就可以在浏览器中很方便地查看html页面。

       安装完成后，就可以随意编写软件程序了。

       编写完成一个网页后就可以选择你要在浏览器打开的HTML页面，按快捷键Alt + B 就可以在默认浏览器下打开你写的页面了。

当然你也可以使用快捷键 Shift + Alt + B 选择其他浏览器打开。

     

4.2 环境参数检测

         
 

       环境参数检测通过温湿度传感器、光敏传感器、MQ-135传感器、oled屏幕实现和显示。获取到的空气质量、光敏强度以及养老院温湿度等环境信息通过MQTT协议上传到数据库并储存起来，可在必要时用于比较和平时数据的提取。环境参数检测的关键代码如下。

4.3 北斗定位手环

         
 

       基于UM220-IV北斗模块的北斗定位将设备所在的经纬位置通过串口数据发送给中台/后台处理。处理后的结果写入数据库，同时发送给网页将数据转化成可视化的点实时展示出来。

北斗手环的流程思路

百度地图的效果展示

       北斗手环的关键代码如下：

        

4.4 遥控大门

         
 

       养老院的大门是可远程遥控的，“保安”可通过自身的手机开关门，也可以通过我们“24小时值班人员”访问电脑上的网页端进行控制大门的开关。两者都是通过按钮发送mqtt发布主题，在经历过后台的处理后发送到小凌派，再由小凌派与预先订阅好的话题相匹配，相应的就发指令给舵机，从而起到远程控制开门、关门的效果。以下就是控制舵机开门的流程：

 

       遥控大门的关键代码如下：

         
 

4.5 MQTT协议

         
 

       消息队列遥测传输协议，是一种基于TCP/IP协议的即时通讯协议，采用发布、订阅模式为处于网络层上的传感器与平台层、应用层提供实时消息服务。MQTT协议开销低，带宽占用小，易于实现，在物联网工程中应用广泛。作为MQTT协议的客户端，开发板上需要布置相关业务代码，主要包括网络连接信息结构体定义、MQTT 客户端信息结构体、MQTT 客户端初始化、MQTT客户端连接代理服务器、订阅MQTT消息、发布MQTT消息等。这些业务代码，本文的设计采用Harmony系统项目下的第三方代码进行布置。MQTT协议关键代码展示如下。

         
 

5. 项目总结和展望

         
 

       智慧养老院采用环境监测模块和北斗定位模块进行系统设计，硬键选用小凌派rk-2206处理器的轻量级终端，具有数据实时显示、自动控制、一键报警、定位等功能。智慧养老通过技术手段从远程监控、实时定位、统一平台信息交互等角度多方位打造信息化养老服务系统，满足老人和家庭的现代化、科学化和人性化的产业需求。项目虽然实现了功能，但是仍然存在不足，不能离开Wi-Fi环境，一旦离开设备就工作不了，这个问题，是我们目前遇到的一大阻碍，设备供电也存在问题，因此要解决这个问题我们要用到和手机卡类似的定位设备，即使没有网络也能够和北斗卫星相互联系，还要解决能源问题，不可能经常把北斗手表取下来充电。