描述

我想解決什么問(wèn)題？

每年，65 歲以上的人口中有 30% 到 50% 跌倒。這是老年人受傷的主要原因，也是意外死亡的主要原因。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，如果沒(méi)有及時(shí)得到醫(yī)療護(hù)理，65 歲以上的人中有超過(guò) 30% 的跌倒導(dǎo)致死亡。對(duì)于 85 歲以上的人來(lái)說(shuō)，這個(gè)數(shù)字高達(dá) 60%。

在現(xiàn)代世界中，大多數(shù)老年人（或夫婦）獨(dú)自居住在小公寓或房屋中。雖然老年人跌倒是不可避免的，但我們應(yīng)該有一個(gè)機(jī)制，當(dāng)一個(gè)人跌倒時(shí)，可以聯(lián)系緊急聯(lián)系人或醫(yī)生，甚至是 911。

我的解決方案是什么？

好吧，我不會(huì)聲稱(chēng)我的原型會(huì)解決問(wèn)題，但肯定會(huì)解決一些問(wèn)題并提供方向，如何擴(kuò)大原型的范圍以解決更多與跌倒相關(guān)的問(wèn)題。

我的原型包括 3 個(gè)組件

1. 可穿戴設(shè)備

哪個(gè)老人會(huì)掛在脖子或上臂上。該設(shè)備有一個(gè)“MPU 6050 三軸加速度計(jì)和陀螺儀”傳感器，有助于確定跌倒。設(shè)備由一節(jié)可充電 18650 電池和用于微型 USB 充電的 TP4056 模塊供電。設(shè)備配備了一個(gè)緊急按鈕，可觸發(fā)短信并呼叫緊急聯(lián)系人/護(hù)理人員。設(shè)備還充當(dāng)iBeacon BLE 發(fā)射器，由擴(kuò)展塢用于室內(nèi)位置跟蹤。

2. 擴(kuò)展塢

當(dāng)檢測(cè)到跌倒或按下可穿戴設(shè)備上的緊急按鈕時(shí)，它會(huì)提供藥物提醒的音頻消息并激活警報(bào)器。擴(kuò)展塢配備無(wú)線充電器，可對(duì)可穿戴設(shè)備進(jìn)行無(wú)線充電。對(duì)于因手部抖動(dòng)而難以插入微型 USB 的老年人來(lái)說(shuō)，這聽(tīng)起來(lái)微不足道，但非常重要。它還具有一些 LED 用于可視指示可穿戴設(shè)備是否在線、最近宣布的任何藥物提醒等。擴(kuò)展塢還接收可穿戴設(shè)備發(fā)送的 iBeacon 信號(hào)，并計(jì)算人與站點(diǎn)的距離并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)布到移動(dòng)應(yīng)用程序時(shí)間。

3. 移動(dòng)應(yīng)用

專(zhuān)為護(hù)理人員或緊急聯(lián)系人而設(shè)計(jì)。使用該應(yīng)用程序，用戶可以設(shè)置緊急電話號(hào)碼，如果可穿戴設(shè)備檢測(cè)到跌倒或按下可穿戴設(shè)備上的緊急按鈕，該號(hào)碼將接收短信和語(yǔ)音電話。用戶可以設(shè)置藥物提醒，確認(rèn)事件。如果事件在 30 分鐘內(nèi)未得到確認(rèn)，則通過(guò)相同的通信協(xié)議通知第二個(gè)聯(lián)系人，以確保該人盡快得到關(guān)注。用戶還可以實(shí)時(shí)跟蹤可穿戴設(shè)備的室內(nèi)位置，以了解此人的位置。

產(chǎn)品特性一覽

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高層架構(gòu)/通信圖

設(shè)備和移動(dòng)應(yīng)用程序之間的主要通信協(xié)議是 MQTT。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在 SQLite 數(shù)據(jù)庫(kù)中，后端部署到 Amazon EC2 實(shí)例。REST 協(xié)議用于與后端服務(wù)通信。

AWS Polly 用于從文本（藥物警報(bào)）生成語(yǔ)音警報(bào)，AWS Pinpoint 用于在不使用任何 SIM 卡或蜂窩運(yùn)營(yíng)商的情況下?lián)艽蛘Z(yǔ)音電話和短信。

可穿戴設(shè)備充當(dāng) iBeacon 發(fā)射器，擴(kuò)展塢充當(dāng)接收器。塢站計(jì)算傳輸信號(hào)的距離并發(fā)布到 MQTT。移動(dòng)應(yīng)用程序監(jiān)聽(tīng)主題并實(shí)時(shí)更新位置。

如何重新創(chuàng)建此項(xiàng)目

好吧，正如您所了解的，這個(gè)項(xiàng)目有 3 個(gè)主要組成部分，我一次只講一個(gè)。

在開(kāi)始之前，我會(huì)要求您將 gihub 存儲(chǔ)庫(kù)克隆到您的筆記本電腦上。

1.可穿戴設(shè)備

讓我們從使用 Raspberry Pi Zero 構(gòu)建的可穿戴設(shè)備開(kāi)始。我假設(shè)你已經(jīng)預(yù)先配置了帶有 nodejs、npm 和 python3 的 Raspberry Pi。如果您是 Raspberry Pi 開(kāi)發(fā)新手，互聯(lián)網(wǎng)上有很多很棒的教程。您可以查看https://www.w3schools.com/nodejs/nodejs_raspberrypi.asp。Raspbian OS 預(yù)裝了 Python 2 & 3 和 NodeJS。使用 Rasbian 映像刻錄 SD 卡后，將其插入 Pi。啟動(dòng)您的 Pi Zero 并配置 Wifi。完成后，接下來(lái)您將安裝一些其他藍(lán)牙傳輸軟件。我鼓勵(lì)您閱讀以下兩篇文章，它們將逐步指導(dǎo)您如何安裝必要的軟件以將您的 pi 用作 ibeacon 發(fā)射器。

http://www.wadewegner.com/2014/05/create-an-ibeacon-transmitter-with-the-raspberry-pi/

https://hackncheese.com/2014/01/28/PiBeacon/

完成后，在 /home/pi 下創(chuàng)建一個(gè)名為“detection”的文件夾，并將 /ble-device 中的所有文件 FTP 到該文件夾??。確切地說(shuō)，有4個(gè)文件。

您可以為此使用任何 FTP 軟件。我個(gè)人更喜歡免費(fèi)的 FileZilla！

現(xiàn)在， cd 進(jìn)入檢測(cè)文件夾并執(zhí)行以下命令以安裝 python 依賴(lài)項(xiàng)

sudo pip3 install paho-mqtt

當(dāng)您完成軟件安裝后，讓我們看一下原理圖并連接您的傳感器和其他硬件。為確保您的 Pi 能夠識(shí)別 MPU5060，請(qǐng)運(yùn)行以下命令，您應(yīng)該會(huì)看到地址“68”出現(xiàn)。如果沒(méi)有，則從配置首選項(xiàng)檢查是否為您的 Pi 啟用了 IC2 接口。

sudo i2cdetect -y 1

接下來(lái)，您需要獲取藍(lán)牙設(shè)備的 MAC 地址。執(zhí)行以下命令并復(fù)制突出顯示的 MAC 地址。你在幾個(gè)地方需要這個(gè)地址。所以復(fù)制到一個(gè)文本文件或筆記。

還要從 ibeacon_start 文件中復(fù)制 UUID。你以后需要那個(gè)。

sudo hciconfig

在注冊(cè)服務(wù)之前，請(qǐng)通過(guò)手動(dòng)運(yùn)行腳本來(lái)檢查它們。

./ibeacon_start

在另一個(gè)終端運(yùn)行

sudo python3 fall_detection.py

如果您在控制臺(tái)中沒(méi)有看到任何錯(cuò)誤，則一切就緒！現(xiàn)在執(zhí)行以下命令將這兩個(gè)腳本注冊(cè)為服務(wù)，這樣當(dāng)您重新啟動(dòng) Pi 時(shí)，這些腳本會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)。

sudo sh detection-service.sh

然后重啟你的 pi

sudo reboot

一旦您的 Pi 再次啟動(dòng)，請(qǐng)鍵入以下命令以檢查您的服務(wù)是否處于活動(dòng)狀態(tài)。

sudo systemctl status detection.service

2.后端

接下來(lái)我們將啟動(dòng)后端服務(wù)。它是 NodeJS 項(xiàng)目，我已部署到 AWS EC2，但您可以在任何地方部署，甚至在本地運(yùn)行。如果您在本地運(yùn)行，則需要使用“ngrok”或類(lèi)似的東西，以便移動(dòng)應(yīng)用程序可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接到您的服務(wù)器。要啟動(dòng)服務(wù)器，您只需要執(zhí)行以下命令。我假設(shè)您安裝了 NodeJS 8+。

npm install
node server.js

3.擴(kuò)展塢

是時(shí)候讓擴(kuò)展塢啟動(dòng)并運(yùn)行了。我使用過(guò) Raspberry Pi 3 Model B，但您可以使用 Pi Zero（我只是沒(méi)有備用 Pi Zero）。確保您安裝了與可穿戴設(shè)備中類(lèi)似的操作系統(tǒng)和軟件。然后按照原理圖連接 LED。我使用 RASPIAUDIO ( https://www.raspiaudio.com/raspiaudio-aiy ) 作為揚(yáng)聲器。按照鏈接安裝必要的軟件。您可以使用任何其他帶有 3.5 連接器的揚(yáng)聲器，但請(qǐng)記住，您可能需要單獨(dú)的電源，這是我選擇 RASPIAUDIO 的另一個(gè)原因。

完成上述步驟后，將所有文件從 /dock 復(fù)制到 /home/pi/dock 文件夾。

由于我們使用的是 AWS Polly，因此您需要配置 AWS CLI。運(yùn)行下面的命令來(lái)安裝它，然后配置它。您需要在 AWS 控制臺(tái)中創(chuàng)建一個(gè)用戶并向 AWS Polly 授予權(quán)限。

sudo apt-get install awscli
sudo aws configure

然后安裝其他python依賴(lài)

sudo pip3 install paho-mqtt  boto3

然后安裝nodejs依賴(lài)

npm install

您需要根據(jù)您的后端公共 url更改main.py中的 BACKEND_URL 變量。

您還需要更改scan.js文件中的 addressToTrack 變量。這是您之前復(fù)制的可穿戴設(shè)備的 MAC 地址。請(qǐng)刪除所有“：”并粘貼 12 個(gè)字符的 MAC 地址。

在注冊(cè)服務(wù)之前，請(qǐng)手動(dòng)運(yùn)行腳本以確保沒(méi)有錯(cuò)誤。

sudo node scan.js

在另一個(gè)終端

sudo python3 main.py

如果兩個(gè)腳本都運(yùn)行沒(méi)有錯(cuò)誤，請(qǐng)停止它們并執(zhí)行以下腳本

sudo sh dock-service.sh

然后重啟

sudo reboot

一旦你的 pi 啟動(dòng)，檢查服務(wù)的狀態(tài)

sudo systemctl status dock.service

如果它顯示“活動(dòng)”并且您的可穿戴設(shè)備正在運(yùn)行，您應(yīng)該會(huì)看到綠色和琥珀色 LED 亮起，這將確保可穿戴設(shè)備在線。綠色用于跌倒檢測(cè)，琥珀色用于 ibeacon 傳輸。

4. 移動(dòng)應(yīng)用

現(xiàn)在是最后一個(gè)組件。這是一個(gè) Ionic 混合移動(dòng)應(yīng)用程序，如果您不想在移動(dòng)設(shè)備上作為應(yīng)用程序部署，它也可以在瀏覽器上運(yùn)行。如果您沒(méi)有安裝 ionic cli，請(qǐng)?jiān)L問(wèn) ionic 官網(wǎng)https://ionicframework.com并安裝。

安裝后，進(jìn)入 /mobile-app 目錄并發(fā)出以下命令。

npm install

這應(yīng)該安裝所有必要的依賴(lài)項(xiàng)。然后進(jìn)入 src/environments/environment.ts 文件并根據(jù)您的公共后端 url 更改 url 變量。然后發(fā)出以下命令在瀏覽器上運(yùn)行應(yīng)用程序

ionic serve

這應(yīng)該會(huì)在您的默認(rèn)瀏覽器上打開(kāi)該應(yīng)用程序。您應(yīng)該看到如下登錄頁(yè)面。該項(xiàng)目為您預(yù)加載了一個(gè)用戶。用戶名是owner@gmail.com ，密碼是密碼。您可能需要更新電話號(hào)碼和可穿戴設(shè)備 MAC ID。

而已 ！如果一切順利，您應(yīng)該會(huì)看到您的可穿戴設(shè)備處于在線狀態(tài)，并且跟蹤將被激活。

3D打印

我附上了我設(shè)計(jì)和打印的 3 個(gè)打印文件。但我的 3D 打印技能處于初學(xué)者水平。因此，我鼓勵(lì)您修改我的文件或創(chuàng)建自己的文件，或者至少在打印之前進(jìn)行審查。

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