摘 要： 以ARM9核心处理器作为处理平台，设计了一款针对老年人的睡眠感知系统。系统通过对人体生理参数和环境参数的综合分析，推断出老年人是否已经睡着，通过一定的阈值设定，触发相应的利于睡眠的控制，并且通过睡眠，推测出老年人的情绪，通过GSM模块向子女发出关心老年人的信号，子女通过网络能够清晰地看到家里老人的睡眠状况。
关键词： 人口老龄化；多数据融合算法；GSM
随着中国社会的发展，人口老龄化的趋势逐渐呈现，老年人的问题成为整个社会的问题，老年学也成为了一门新兴的边缘科学。很多的老人在退休后，面对无所事事的生活，有时会产生一种“空虚感”。特别是在老伴病逝后，与儿女分居，常常出现忧虑、焦虑的情况，睡眠的质量也明显下降，甚至有时出现严重失眠的症状，严重影响老年人的身心健康。再者，老年人的身体素质逐渐下降，在夜晚特别容易突发高血压、心血管等疾病，没有子女在身边，很难得到及时的救治。其次，子女虽然对父母的身体状况和心理状况也非常关心，但是由于工作和事业等原因，不能时刻待在父母身边，却没有一种方式能够知道父母当前的状况，有时甚至由于工作繁忙忘记了和父母的交流。随着物联网技术、嵌入式技术、医疗技术、老年心理学等尖端科学技术的发展，为解决老年人问题提供了有效的理论依据和技术手段。
本系统是一款针对老年人的睡眠感知呵护系统，主要目的就是为了帮助老年人提高睡眠质量，监测老年人的身体状况，给子女和医生提供实时的有价值的睡眠和健康信息，甚至通过老年人睡眠的情况为老年人指定合理的膳食，进一步提高老年人的生活水平，最终提高老年人的幸福指数，从社会生活出发，构建和谐社会。该项目具有很强的前瞻性和广阔市场价值，是物联网的一个很有价值的应用。
老年人睡眠感知系统是基于ARM9开发平台的一套实时监控系统，由温度、湿度、压力、脉搏等传感器进行人体参量以及环境参量的数据采集，通过无线传输的方式将大量的数据传送给汇聚节点，汇聚节点通过串口协议将数据传送给ARM9核心处理器，通过多数据融合算法、均值方差递推算法、模糊控制算法实现对老年人睡眠的实时监测及相应控制。通过友善的人机交互界面的设计方便了老年人这一群体对于现代高科技电子产品的使用。并且ARM９将采集到的数据通过以太网口，利用TCP/IP协议将数据传入与之相连的客户端，最终将整个系统连入互联网，以到达在任何地方，任何位置，只要能够上网，就能够得知家里老年人的睡眠状况，乃至心情状况。
1 传感网络
本系统选用NRF24L01+芯片的模式。NRF24L01+是一款工作在2.45 GHz频段的射频芯片，引脚较少，容易控制，由该芯片构成的通信系统，其通信稳定，传输速率可达2 Mb/s。组网协议是根据工业串口的多机通信协议Modbus协议改写而来[1]，实现一个主机对应多个从机的星状拓扑网络结构，经过测试，这种组网方式数据传输稳定。程序设计框图如图1和图2所示。
该传感网络主要完成对温湿度/体动、心率等生理参数的采集，以及完成相应的分布式控制。
2 ARM核心处理部分
无线传感网的基站将接收的数据通过串口传输给ARM核心处理器，ARM将数据解析出来，每秒钟进行一次小的数据处理，将获取的数据格式化，存储到ARM内部的小型数据库SQLite，并且更新液晶显示屏上的温湿度信息[2]。每分钟进行一次大一点的数据处理，通过均值递推算法、方差递推算法、分析得到体动变化频率、体动强度、脉搏跳动频率、脉搏跳动强度等信息，并且在液晶显示屏上进行数据更新、通过多数据融合算法、模糊控制算法、每15 min进行一次判断、分析人是否已经睡着，并将数据在液晶显示屏上进行更新、每小时进行一次综合评测，通过实验数据判断分析人是否失眠，如果失眠将触发音频设备播放音乐以诱导睡眠，并且通过GSM模块将数据发送给子女提示信息，如果发生意外状况，将触发报警控制等。为使本系统的触发条件尽量不影响人的正常睡眠，采取了最小触发的方式。
2.1 均值和方差递推算法
均值和方差递推算法仅需对原始数据搜索一遍，使计算机读磁盘量减少一倍；另外在磁盘附加一些新数据和删除一些老数据时，无需从头算起，使计算机工作量减少到最低限度；同时还可以计算出其中任何一个数据对均值方差的影响大小，从而可以辅助数据分析。这是统计均值、方差理想的快速算法，特别是当数据量大、数据变动多时，其优势更加显著[3]。
2.3 网络通信
TCP协议的程序使用的是客户端/服务器模式，在Qt中提供了QTcpSocket类来编写客户端程序，使用QTcpServer类编写服务器端程序。设计时曾经在服务器端进行端口的监听，一旦发现客户端的连接请求，就会发出newConnection（）信号，此时可以关联这个信号到设计者自己的槽函数，进行数据的发送。而在客户端，一旦有数据到来就会发出readyRead（）信号，此时可以关联此信号，进行数据的接收。
3 浏览器网页访问部分
网页以图表的方式呈现出老年人的睡眠状态信息以及各个参量，点击各个图表能够进一步详细了解老年人近期的睡眠信息，通过网页访问，晚辈们能够随时随地获取家里老年人的睡眠状况以及心情状况。
该系统贴近生活，关注生活热点和社会热点，打破了传统的睡眠监测模式，采用无线传输的方式，解决了复杂的布线问题，是对睡眠监测的一种创新。该系统通过模糊的处理方式，将研究的重点偏向于通过睡眠推断老年人的心理，避免了复杂繁琐的对于睡眠的精密研究，突出父母和子女间的交流以及子女对父母健康状况的实时监控这一重点，非常有现实意义。
参考文献
[1] 石东海.单片机数据通信技术从入门到精通[M].西安：西安电子科技大学出版社，2002.
[2] 陈艳华，侯安华，刘盼盼.基于ARM的嵌入式系统开发与实例[M].北京：人民邮电出版社，2008.
[3] 邓胡滨，刘觉夫，王耀南.均值方差的递推算法及其应用[J].计算机与现代化，1996（4）.
[4] 柳小军，鲍鸿.基于ARM9多传感器数据融合火灾报警系统的实现[J].工业控制计算机，2009（3）.
[5] Myke Predko，田玉敏.精通8051程序设计[M].北京：人民邮电出版社，2006.