關(guān)于監(jiān)測孤獨老年人健康狀況的開源項目

系統(tǒng)概念圖

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未來的選擇

Arduino/Genuino MKR1000設(shè)備端的實現(xiàn)?有意保持簡單，功能很少，但系統(tǒng)可以輕松擴展其他類型的傳感器。傳感器，如使用 PIR 傳感器的移動檢測、用于檢測火災的煙霧探測器、用于檢測房屋內(nèi)異常溫度的溫度傳感器等。

該項目實際上已經(jīng)實現(xiàn)了一個 DHT22 傳感器來測量溫度和濕度，主要作為概念驗證和測試MKR1000 設(shè)備?與Microsoft Azure IoTHub之間的通信?（數(shù)據(jù)目前未在主應用程序中監(jiān)控）。

“奶奶”一個人住

本節(jié)講述一個關(guān)于奶奶的故事。

奶奶?一個人住在家里，每天不和家人說話。

她的孩子住得離她很遠，所以她每周或每兩周才會去看望她一次。她的孩子們經(jīng)常忙于自己的事情，所以他們不會像他們希望的那樣經(jīng)常給她打電話。

奶奶對此沒有意見，因為她仍然能夠照顧自己，但隨著年齡的增長，她希望有人每天檢查她的安全，確保她沒事。她聽說過有關(guān)老年人生病卻得不到及時幫助的可怕故事——她不喜歡這種想法！

外婆是一個獨立的人，不想每天打擾孩子給她打電話，盡管她知道他們會很樂意。

解決的問題：“我很好”系統(tǒng)

下周，奶奶將獲得名為“我很好”的新安全系統(tǒng)，以幫助可能面臨突然生病且無法尋求幫助的老年人。

有了這個系統(tǒng)，當大按鈕開始閃爍并發(fā)出嗶嗶聲時，她每天只需按幾次大按鈕。當她按下按鈕時，指示燈停止閃爍，蜂鳴聲消失。幾秒鐘后，她聽到設(shè)備發(fā)出新的聲音信號。這是安全系統(tǒng)告訴她的方式，她已經(jīng)發(fā)送了一條消息讓她的孩子知道她沒事。

系統(tǒng)監(jiān)控來自奶奶的所有按鈕推送消息，如果她沒有及時按下按鈕，系統(tǒng)將檢測到這一點并向她的孩子和鄰居發(fā)送短信和/或電子郵件消息。然后他們就會知道奶奶可能出了點問題，如果她沒事的話，他們必須打電話給她。如果她不接電話，他們可能還需要拜訪她以提供幫助。

只要奶奶在可配置的設(shè)定時間內(nèi)按下按鈕，報告她沒事，系統(tǒng)不會通知她的孩子。

當孩子們在手機上收到來自“我很好”系統(tǒng)的警報消息時，他們知道他們必須打電話給奶奶來檢查她的情況——也許她只是忘了按按鈕！

有了新系統(tǒng)，奶奶知道如果她不經(jīng)常按“我很好”按鈕，她的幫助就會很快到來。

系統(tǒng)描述

I'm Fine項目是一個物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，它?基于廉價但先進的設(shè)備硬件，通過互聯(lián)網(wǎng)向基于云的后端系統(tǒng)發(fā)送和接收消息。后端系統(tǒng)負責所有業(yè)務(wù)邏輯，包括設(shè)備消息的存儲和處理以及以電子郵件形式發(fā)送警報。

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該項目由4部分組成。

• “我很好”按鈕裝置

• 基于云的后端監(jiān)控和通信系統(tǒng)。

• 用于 IoT 中心設(shè)備工具的 Azure 設(shè)備資源管理器

• 用于系統(tǒng)配置的 Windows 10 通用 Windows 平臺 (UWP) 應用程序

“我很好”按鈕裝置

這部分是使用Arduino MKR1000設(shè)備構(gòu)建的，該設(shè)備具有內(nèi)置的 wifi 通信和安全功能，可以與云建立安全的 SSL 連接。提供一個簡單的按鈕、一個用于視覺指示的 LED 和一個用于聲音指示的蜂鳴器，所需的額外硬件再簡單不過了。

MKR1000 設(shè)備可由 3.7V 鋰聚合物電池供電，該電池可通過設(shè)備 USB 連接器充電。

基于云的后端監(jiān)控和通信系統(tǒng)。

Microsoft Azure 云服務(wù)?是系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯的核心，利用了IoTHub 、WebJob?和SQL Server 數(shù)據(jù)庫等功能。

業(yè)務(wù)邏輯應用程序使用C#編程，并作為傳統(tǒng)的控制臺應用程序?qū)崿F(xiàn)。然后將此控制臺應用程序配置為在 Azure 云系統(tǒng)中作為 WebJob 運行。這使得開發(fā)、測試和部署變得容易。

后端控制臺應用程序

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將控制臺應用程序作為Azure WebJob運行，幾乎與在后臺運行傳統(tǒng) Windows 服務(wù)應用程序一樣。為此，您必須至少有一個“基本應用服務(wù)計劃”?并激活 Azure 中的“始終開啟”?選項。

Visual Studio 2015 使您可以非常輕松地將控制臺應用程序部署到 Azure 并將其設(shè)置為作為 WebJob 運行。如果您愿意，也可以從 Azure 手動執(zhí)行此操作 - 您只需制作一個包含所有應用程序文件的 ZIP 壓縮文件。

使用Google Gmail的標準電子郵件帳戶，可以輕松發(fā)送電子郵件。

用于 IoT 中心設(shè)備工具的 Azure 設(shè)備資源管理器

這是 Microsoft 提供的一個應用程序，是一個很棒的演示和測試工具，用于配置您的設(shè)備并測試您的設(shè)備是否可以實際向 IoTHub 發(fā)送消息和從 IoTHub 接收消息。

可以在此處找到 Microsoft Device Explorer 工具，?本文詳細介紹了如何使用該工具以及如何配置您的設(shè)備。您還可以使用此工具獲取特定于設(shè)備的授權(quán)令牌，以在您的 Arduino 代碼中使用。這是系統(tǒng)的一項非常重要的功能，用于將數(shù)據(jù)發(fā)布到您的 IoTHub 并防止未經(jīng)授權(quán)的設(shè)備將數(shù)據(jù)發(fā)送到您的系統(tǒng)。

該工具可從 GitHub 獲得，您可以下載源代碼和編譯版本。

在比該競賽項目更完善的產(chǎn)品中，您自己的配置應用程序應包含與此工具中類似的功能，因為您需要某種方法來配置和維護 Azure IoTHub 中的設(shè)備。此外，此工具僅包含定義設(shè)備的最少屬性集。

使用這個工具而不是自己制作，不會對“ImFine”概念產(chǎn)生任何影響，因為我可以使用這個工具來啟動和運行（感謝微軟）。

用于系統(tǒng)配置的 Windows 10 通用 Windows 平臺 (UWP) 應用程序

此應用程序已重新安排，現(xiàn)在計劃用于版本 2！

評論：當我開始制作這個項目時，我以為我也有時間制作我自己的 UWP 應用程序來定義和配置設(shè)備，但是我沒時間了！

我還應該在此 UWP 應用程序中實現(xiàn)的其他功能是為“ImFine 設(shè)備”的用戶設(shè)置/配置名稱和地址數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫應包含有關(guān)用戶應多久按下一次設(shè)備按鈕以向后端報告的信息，以防止向其他人發(fā)送警報電子郵件。

缺少一組功能使它看起來像一個成品，它靈活且易于使用，用于設(shè)置新設(shè)備和定義系統(tǒng)必須如何處理消息（現(xiàn)有的和缺失的）的業(yè)務(wù)規(guī)則。

Arduino MKR1000 設(shè)備

轉(zhuǎn)到 Arduino 網(wǎng)站以獲得Arduino/Genuino MKR1000設(shè)備的最佳和權(quán)威描述。在撰寫本文時，官方文檔還不存在，因為該板尚未向公眾發(fā)布。

MKR1000 設(shè)備似乎是一些其他現(xiàn)有文檔化 Arduino 硬件的組合，例如Arduino 零板?+ WiFi101 屏蔽。要在撰寫本文時更好地了解 MKR1000 設(shè)備，最好查看這兩塊板。

Arduino/Genuino MKR1000 開發(fā)板

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Arduino編程

轉(zhuǎn)到Arduino 網(wǎng)站上的 Arduino入門頁面，閱讀有關(guān) Arduino 編程的信息并下載Arduino 開發(fā)軟件。

在 Arduino 中安裝 MKR1000 開發(fā)板

在您可以從 Arduino IDE 使用 MKR1000 開發(fā)板之前，您必須先使用“開發(fā)板管理器”菜單項安裝它。

Arduino 開發(fā)板經(jīng)理

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雖然 Boards Manager 顯示有比我使用的 1.6.3 更新的版本可用，但我沒有成功使用 1.6.4 版本。如果我選擇它，我不會在我的板列表中看到 MKR1000 板。使用版本 1.6.3 一直工作正常。

安裝 Arduino WiFi101 庫

為了使用 MKR1000 板連接到 WiFi 網(wǎng)絡(luò)，Arduino 提供了一個 wifi 庫供使用。這個庫被命名為“WiFi101”。它也用于 WiFi101 屏蔽。轉(zhuǎn)到Arduino WiFi101 庫頁面閱讀所有相關(guān)信息。

安裝對 DHT22 傳感器的支持

使用DHT22溫濕度傳感器需要安裝使用配套庫。Adafruit 制作了這個名為“DHT Sensor Library”的庫。

DHT22 庫

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MKR1000 SSL 配置

為了以安全的方式將你的設(shè)備連接到 Azure IoTHub，你需要使用 HTTPS 協(xié)議。這需要 SSL 證書，該證書必須安裝在設(shè)備中。您將使用 WiFi101 庫，其中包含一個用于安全 SSL 連接的類。在此處閱讀有關(guān) WiFiSSLClient 的信息。

當您配置并運行 SSL 證書時，您可以從 Azure IoTHub 獲取該證書。要獲取 SSL 證書并將您的設(shè)備配置為使用 SSL 證書，您需要使用 Arduino 在 GitHub 上提供的工具，此處為 WiFi 101 和 MKR1000 的固件/證書更新程序。您應該在那里閱讀有關(guān)如何使用它的說明。

使用的工具叫做“WiFi101 FirmwareUpdater”，使用起來是這樣的：

固件更新工具

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我已經(jīng)刪除了我的 Azure IotHub 名稱的一部分。當您配置并運行 IoTHub 時，您當然必須提供您自己的 IoTHub 的名稱。

Arduino代碼結(jié)構(gòu)

要詳細查看代碼，請查看我的Github 源代碼庫中的這個。

代碼說明

與所有其他 Arduino 程序一樣，這個程序從定義和初始化開始。

setup()函數(shù)初始化所有使用的I/O 引腳，連接到 wifi 網(wǎng)絡(luò)和 Azure。它還通過聲音和燈光向用戶指示設(shè)備已啟動并已連接。它向云后端發(fā)送“WakeUp”消息。

主loop()函數(shù)基本上做了三件事：

• 檢查按鈕是否被按下。如果是，則向云后端發(fā)送消息。

• 檢查命令是否已從云端后端發(fā)送到設(shè)備。如果是，則處理命令

• 定時向云端發(fā)送溫濕度數(shù)據(jù)。

Azure 和物聯(lián)網(wǎng)中心

對于這個項目，我使用了整個 Azure 生態(tài)系統(tǒng)提供的許多可能性中的一些。

• 物聯(lián)網(wǎng)中心

• 網(wǎng)頁作業(yè)

• SQL服務(wù)器數(shù)據(jù)庫

Azure 物聯(lián)網(wǎng)中心

要運行此項目，您需要先配置自己的 Azure IoTHub。您可以免費開始使用，但要能夠持續(xù)運行 WebJob，您至少需要付費計劃，從基本應用計劃開始。對于測試，您可以完全免費開始，但您的 WebJob 將在 20 分鐘后自動終止。然后您必須從 Azure 門戶手動重新啟動它。

Microsoft 有很多關(guān)于所有 Azure 內(nèi)容的在線文檔，您可以在此處閱讀有關(guān) IoTHub 的更多信息。

您需要了解很多東西，這需要時間。你將無法在幾個小時內(nèi)完成它。

我只能鼓勵您閱讀文檔，最終會節(jié)省您的時間。去喝杯咖啡，然后開始……

Azure IotHub REST API

為了與 Azure IoTHub 通信，Microsoft 提供了一組編程 API。您可以在此處獲取 REST api 的概述。

與大多數(shù)其他 Azure IotHub 文檔一樣，這確實是必不可少的閱讀材料 - 有很多內(nèi)容需要閱讀和消化！

對于與 IoTHub 通信的設(shè)備，您必須了解設(shè)備消息傳遞 REST API 。

除了 REST，還有其他選項可供使用，但我使用了 REST api。

我很好 C# 應用程序

IoTHub 后端控制臺應用程序。

主應用程序基本上配置了 IoTHub，然后開始監(jiān)視傳入的消息。當收到一條新消息時，它會被記錄在數(shù)據(jù)庫中，并且根據(jù)收到的消息內(nèi)容，可能會將回復發(fā)送回設(shè)備。這目前用于激活設(shè)備上的壓電蜂鳴器，作為對用戶按下設(shè)備按鈕的響應，以通知用戶消息已確認。

向設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)時，應用程序會監(jiān)控消息是否已發(fā)送到設(shè)備。來自 IoTHub 反饋系統(tǒng)的響應更新了數(shù)據(jù)庫中消息數(shù)據(jù)的狀態(tài)。

后端控制臺

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控制臺應用程序根據(jù)來源以顏色打印所有消息。淺藍色/青色線條是從 Arduino 設(shè)備收到的傳入消息。白色線是從后端應用程序發(fā)送到設(shè)備的傳出消息。綠線是來自 IoTHub 反饋系統(tǒng)的狀態(tài)響應，用于監(jiān)控發(fā)送到設(shè)備的傳出消息。

Visual Studio 2015 解決方案

連接到 IoTHub 服務(wù)端的后端解決方案在 3 個項目中實現(xiàn)：

VS 2015 解決方案

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• ImFineBackendConsole

• ImFineData模型

• IoTHub服務(wù)后端

ImFineBackendConsole

主應用程序作為 C# 控制臺應用程序?qū)崿F(xiàn)。

ImFineData模型

使用 Entity Framework 6 的數(shù)據(jù)模型建立在 SQL Server 數(shù)據(jù)庫之上。我使用了“數(shù)據(jù)庫優(yōu)先”的方法并從數(shù)據(jù)庫構(gòu)建了模型。

數(shù)據(jù)庫表

SQL服務(wù)器數(shù)據(jù)庫

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實體框架模型

實體框架模型

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目前數(shù)據(jù)庫只包含一個表來保存通過 IoTHub 的所有傳入和傳出消息。

具有物聯(lián)網(wǎng)事務(wù)的數(shù)據(jù)庫

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IoTHub服務(wù)后端

該項目包含 3 個類，它們實現(xiàn)從設(shè)備接收數(shù)據(jù)、將數(shù)據(jù)發(fā)送到設(shè)備并監(jiān)視反饋狀態(tài)的功能，最后一個類用于處理發(fā)送電子郵件。

圖表和材料

圖表

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名為“R”的電阻器的值為 220Ohm。

蜂鳴器是壓電式蜂鳴器。

該按鈕是大型街機游戲機類型的按鈕，帶有內(nèi)置 LED 燈。

我使用的鋰聚合物電池是 3.7V - 1100mAh 類型。

原型

我很好原型

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材料

Arduino MKR1000?這還沒有發(fā)布銷售，所以獲得一個的唯一方法是參加這個比賽。

帶內(nèi)置 LED 的按鈕

Ebay 上提供許多不同的有用類型。試試這個搜索?，看看會彈出什么。

壓電蜂鳴器

任何壓電蜂鳴器都可以。我只是隨便選了一個。

DHT22溫濕度傳感器

也可以在易趣上買到。試試這個搜索。

鋰聚合物電池

閱讀有關(guān)電池的 MKR1000 文檔。然后選擇任何一個。

源代碼

該項目的所有源代碼都在我的GitHub ImFine 存儲庫中的 GitHub 上。

該項目包含一個名為 src 的子文件夾，其中有 3 個子文件夾 - 一個用于 Arduino 代碼，一個用于 Windows C# 代碼，一個用于 SQL 腳本文件。

雖然有幾個文件包含用戶名和密碼或 SAS 令牌，但您將無法在我的 Azure 后端上使用該代碼。所有信息都已更改。

在設(shè)置您自己的系統(tǒng)之前，您必須更改這些以匹配您自己的設(shè)置。

Arduino代碼

MKR1000 代碼可以在此處的 Arduino 代碼中找到。

Windows C# 代碼

Visual Studio 2015 的 Windows 應用程序代碼可以在此處的 C# 代碼中找到。

SQL Server 數(shù)據(jù)庫腳本

可以使用此處找到的 SQL Server 腳本在您自己的服務(wù)器中重新創(chuàng)建 SQL Server 數(shù)據(jù)庫。