场景介绍阿尔茨海默病,是导致中老年人认知功能障碍的最常见疾病之一,是发生在老年期及老年前期的一种原发性退行性脑病。据估计,全世界痴呆症患者数量为4700万,到2030年将达到7500万人。痴呆症患者数量到2050年预计将是现在的近三倍。疾病的高昂费用给卫生系统应对未来预计不断增加的病例构成挑战。据估计,目前每年的支出为8180亿美元,而支出的增长速度预计会比疾病流行率上升还要快。照料痴呆症患者给照护者带来巨大压力,包括身体上、情感上和经济上的压力。(by世界卫生组织)
用技术解决阿尔茨海默病护理的问题,让老人和其护理者有更好的生活质量,是我们可以解决的方法。基于物联网技术,已经有一些设备实现了阿尔茨海默病老人走失定位。但是我们要做更高一层,除了单独分发的硬件之外,我们要使用开发工具IoT Studio帮助医疗机构做一个硬件SaaS管理系统,让他们可以随时监控旗下所有阿尔兹海默护理设备的数据以及定位,对老人的情况实现实时监控。同时也有能力对掌控的设备进行增删改查,方便他们自己管理设备。通过IoT Studio赋能开发者,让他们帮助包括医疗在内的各个行业用上物联网技术,惠及百姓。
我们首先构建一个可以拍照,检测心跳的手环设备,然后基于这个设备帮助护理机构开发一个集合管理监控告警的SaaS系统。设备由一个可以检测心跳的光学模块,一个可以检测老人所在地场景的摄像头,一个GPS定位模块,一个物联网通讯模块(一般为GPRS),MCU和电源组成。云端由物联网平台为基础建立设备与云端通讯,配合RDS存储心跳&GPS数据,OSS存储图片数据,最后用IoT Studio的服务开发与Web可视化开发功能完成功能页面搭建。整个云端开发过程只需要2小时以内即可。
最终效果如图。
硬件部分在demo阶段,我们采用树莓派3B+摄像头+心跳模块+GPS+电池的方法,验证不同数据的上报方法以及数据存储链路。考虑简单化,联网暂时采用WIFI方法。如果觉得使用电路比较麻烦,也可以使用服务开发+虚拟设备上报的方式,具体查看这篇文档。
虽然带手环的老人不一样,但是每个手环上报的属性类别是一样的,我们可以类似编程开发里把它们归结为同一个类(class)。我们首先需要在物联网平台上为我们的demo手环建立一个设备类(即产品),这样我们才能在以后不断的往这个产品下实例化新的设备。进入阿里云物联网平台,在产品页面新建一个产品,选择自定义品类即可,命名为“阿尔茨海默氏症老人监控手环”。
进入产品的功能定义页,定义5个自定义功能——剩余电量,地理位置,心跳,图片地址(存放摄像机上传图片的URL)。
地理位置只需要在“添加功能”里用标准的功能即可,如图,其他全部配置项默认即可。
心跳为一个整型数据,剩余电量为浮点型数据,图片地址为字符型数据,如图。
在设备面板点击“添加设备”,选择刚才创建的手环产品,然后输入随意的设备名称即可。
IoT Studio为交付型业务做了项目维度的隔离,因此需要将用到的设备导入到对应的项目中。首先打开物联网平台的“开发服务”选项进入IoT Studio。点击某个项目名称的“查看”进入项目详情页。然后点击右上角的“导入产品”。选择刚才的手环产品,然后导入,可以在设备管理页看到产品以及下属的设备已经导入项目里。
这样就完成了产品的定义,实例化与项目维度的隔离了。
上云部分树莓派采用python编程,因此我们需要参考物联网平台的python SDK,同时开发者社区也有很多相关文章。在这里我们直接跳过。由于物联网平台的属性不支持直接存储图片,因此我们暂时使用oss进行存储。你也可以选择使用HTTP/2通道(已支持python SDK)将图片上传至物联网平台每个设备单独的存储空间,不过从该存储空间调用图片的URL需要动态生成,可以参考这篇文档。
OSS存储空间准备阿里云对象存储服务(Object Storage Service,简称 OSS),是阿里云提供的海量、安全、低成本、高可靠的云存储服务。您可以通过调用 API,在任何应用、任何时间、任何地点上传和下载数据,也可以通过 Web 控制台对数据进行简单的管理。OSS 适合存放任意类型的文件,适合各种网站、开发企业及开发者使用。
首先点击“立即开通”进入开通页面并点击同意协议。
然后进入控制台,新建一个Bucket,一个Bucket相当于一个文件夹,可以通过API路径访问里面的文件。在这里我们选择公共读写。
然后可以看到OSS控制台新建了一个bucket,里面是空的,我们可以尝试上传一些图片。
然后点击文件右方的操作项里的“复制文件URL”,把复制的URL粘贴到浏览器,看看能否预览。
可以看到通过URL访问我们就能看到图片了,这样OSS的配置就完成了。
考虑到Bucket的公共读写特性,安全性会有一定的问题,可以考虑将bucket私有化,然后图片上传的时候设置图片为公共读写,并采用时间戳加盐等方式将图片文件名随机化的方式解决。当然安全性上HTTP/2通道为更优方案。
树莓派代码树莓派的配置与连接在此不再赘述,可以在树莓派新建py文件,直接将此份代码复制过去,并且设置为开机执行,也可以参考这篇文档。代码如下(基于python 3.6),需要根据备注填入自己的账号信息,产品信息等:
##注意,本demo代码忽略了电池电量检测模块import aliyunsdkiotclient.AliyunIotMqttClient as iot ##导入阿里云的设备MQTT库,如果import失败需要先pip3 install 一下import jsonimport multiprocessingimport timeimport randomimport oss2 ##导入阿里云的OSS库,如果import失败需要先pip3 install oss2from picamera import PiCamera ##树莓派的摄像头,系统自带import RPi.GPIO as GPIO ##GPIO口,接红外PIR用import serialimport pynmea2from pulsesensor import Pulsesensor ##导入树莓派的pulsesensor库,https://github.com/tutRPi/Raspberry-Pi-Heartbeat-Pulse-Sensor/blob/master/example.pyauth = oss2.Auth('**AccessId*****','**AccessSecret*****') ##OSS的授权需要阿里云账号AccessId和AccessSecret,具体查看https://usercenter.console.aliyun.com/#/manage/akbucket = oss2.Bucket(auth,'http://oss-cn-beijing.aliyuncs.com','***你的bucket名称***') ##需要根据服务器区域修改节点路径,见文档global picURLtoIoTcamera = PiCamera()camera.resolution = (800,600) ##拍照分辨率,越高越容易分析,但是上次越慢GlobalBpm = 0 ##记录心跳数据Latitude = 0 ##记录GPS数据Longtitude = 0##初始化树莓派def init(): GPIO.setwarnings(False) GPIO.setmode(GPIO.BOARD) GPIO.setup(3, GPIO.IN) passdef take_photo(): ticks = int(time.time()) fileName = 'test%s.jpg' % ticks ##在文件名加入了时间戳作为简易加密手段 filePath = '/home/pi/Pictures/%s' % fileName camera.capture(filePath) bucket.put_object_from_file('bucket_file_name/%s', fileName) ##在这里改bucket名字 global picURLtoIoT picURLtoIoT = 'http://***你的bucket名称**.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/bucket_file_name/%s' % fileName ##在这里改bucket名字和bucket内文件夹的名字 print(str(picURLtoIoT))def detect_Heartbeat(): p = Pulsesensor() p.startAsyncBPM() try: while True: bpm = p.BPM if bpm > 0: print("BPM: %d" % bpm) GlobalBpm = bpm; else: print("No Heartbeat found") time.sleep(1) except: p.stopAsyncBPM()def get_GPS(): ser = serial.Serial("/dev/ttyAMA0",9600) while True: line = ser.readline() if line.startswith('$GNRMC'): rmc = pynmea2.parse(line) print "Latitude: ", float(rmc.lat)/100 print "Longitude: ", float(rmc.lon)/100 Latitude = float(rmc.lat)/100 Longtitude = float(rmc.lon)/100 break options = { 'productKey':'**你的ProductKey**', 'deviceName':'**你的deviceName**', 'deviceSecret':'**你的deviceSecret**', 'port':1883, 'host':'iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com' ##注意阿里云IoT国内都是华东2,不一定跟OSS的节点一致}host = options['productKey'] + '.' + options['host']def on_message(client, userdata, msg): topic = '/' + productKey + '/' + deviceName + '/update' print(msg.payload)def on_connect(client, userdata, flags_dict, rc): print("Connected with result code " + str(rc))def on_disconnect(client, userdata, flags_dict, rc): print("Disconnected.")##设备上报的定义def upload_device(client): topic = '/sys/'+options['productKey']+'/'+options['deviceName']+'/thing/event/property/post' while True: payload_json = { 'id': int(time.time()), 'params': { 'BPM': GlobalBpm, 'picURL': picURLtoIoT, 'Geo': { 'CoordinateSystem":1, 'Latitude':Latitdue, 'Longitude':Longtitude, 'Altitude':0 }, }, 'method': "thing.event.property.post" } print('send data to iot server: ' + str(payload_json)) client.publish(topic, payload=str(payload_json))if __name__ == '__main__': client = iot.getAliyunIotMqttClient(options['productKey'], options['deviceName'], options['deviceSecret'], secure_mode=3) client.on_connect = on_connect client.connect(host=host, port=options['port'], keepalive=60) p = multiprocessing.Process(target=upload_device, args=(client,)) p.start() get_GPS() detect_Heartbeat() take_photo() GPIO.cleanup() client.loop_forever()结束,把这个python文件设置为开机运行即可。
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