IoT SaaS加速器——助力阿尔茨海默病人护理

时间 2019-12-05

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场景介绍

阿尔茨海默病，是致使中老年人认知功能障碍的最多见疾病之一，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年预计将是如今的近三倍。疾病的高昂费用给卫生系统应对将来预计不断增长的病例构成挑战。据估计，目前每一年的支出为8180亿美圆，而支出的增加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）html

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，是咱们能够解决的方法。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。可是咱们要作更高一层，除了单独分发的硬件以外，咱们要使用开发工具IoT Studio帮助医疗机构作一个硬件SaaS管理系统，让他们能够随时监控旗下全部阿尔兹海默护理设备的数据以及定位，对老人的状况实现实时监控。同时也有能力对掌控的设备进行增删改查，方便他们本身管理设备。经过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。node

咱们首先构建一个能够拍照，检测心跳的手环设备，而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。设备由一个能够检测心跳的光学模块，一个能够检测老人所在地场景的摄像头，一个GPS定位模块，一个物联网通信模块（通常为GPRS），MCU和电源组成。云端由物联网平台为基础创建设备与云端通信，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须要2小时之内便可。python

最终效果如图。mysql

硬件部分

在demo阶段，咱们采用树莓派3B+摄像头+心跳模块+GPS+电池的方法，验证不一样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。若是以为使用电路比较麻烦，也可使用服务开发+虚拟设备上报的方式，具体查看这篇文档。ios

虽然带手环的老人不同，可是每一个手环上报的属性类别是同样的，咱们能够相似编程开发里把它们归结为同一个类(class)。咱们首先须要在物联网平台上为咱们的demo手环创建一个设备类（即产品），这样咱们才能在之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，选择自定义品类便可，命名为“阿尔茨海默氏症老人监控手环”。git

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）。github

地理位置只须要在“添加功能”里用标准的功能便可，如图，其余所有配置项默认便可。web

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。sql

在设备面板点击“添加设备”，选择刚才建立的手环产品，而后输入随意的设备名称便可。数据库

IoT Studio为交付型业务作了项目维度的隔离，所以须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。而后点击右上角的“导入产品”。选择刚才的手环产品，而后导入，能够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，所以咱们须要参考物联网平台的python SDK，同时开发者社区也有不少相关文章。在这里咱们直接跳过。
因为物联网平台的属性不支持直接存储图片，所以咱们暂时使用oss进行存储。你也能够选择使用HTTP/2通道（已支持python SDK）将图片上传至物联网平台每一个设备单独的存储空间，不过从该存储空间调用图片的URL须要动态生成，能够参考这篇文档。

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。您能够经过调用 API，在任何应用、任什么时候间、任何地点上传和下载数据，也能够经过 Web 控制台对数据进行简单的管理。OSS 适合存听任意类型的文件，适合各类网站、开发企业及开发者使用。

首先点击“当即开通”进入开通页面并点击赞成协议。

而后进入控制台，新建一个Bucket，一个Bucket至关于一个文件夹，能够经过API路径访问里面的文件。在这里咱们选择公共读写。

而后能够看到OSS控制台新建了一个bucket，里面是空的，咱们能够尝试上传一些图片。

而后点击文件右方的操做项里的“复制文件URL”，把复制的URL粘贴到浏览器，看看可否预览。

能够看到经过URL访问咱们就能看到图片了，这样OSS的配置就完成了。

考虑到Bucket的公共读写特性，安全性会有必定的问题，能够考虑将bucket私有化，而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。固然安全性上HTTP/2通道为更优方案。

树莓派代码

树莓派的配置与链接在此再也不赘述，能够在树莓派新建py文件，直接将此份代码复制过去，而且设置为开机执行，也能够参考这篇文档。
代码以下（基于python 3.6），须要根据备注填入本身的帐号信息，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，若是import失败须要先pip3 install 一下
import json
import multiprocessing
import time
import random
import oss2 ##导入阿里云的OSS库，若是import失败须要先pip3 install oss2
from 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 serial
import pynmea2
from pulsesensor import Pulsesensor ##导入树莓派的pulsesensor库，https://github.com/tutRPi/Raspberry-Pi-Heartbeat-Pulse-Sensor/blob/master/example.py

auth = oss2.Auth('**AccessId*****','**AccessSecret*****') ##OSS的受权须要阿里云帐号AccessId和AccessSecret,具体查看https://usercenter.console.aliyun.com/#/manage/ak
bucket = oss2.Bucket(auth,'http://oss-cn-beijing.aliyuncs.com','***你的bucket名称***') ##须要根据服务器区域修改节点路径，见文档
global picURLtoIoT
camera = PiCamera()
camera.resolution = (800,600)  ##拍照分辨率，越高越容易分析，可是上次越慢
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)
    pass

def take_photo():
    ticks = int(time.time())
    fileName = 'test%s.jpg' % ticks  ##在文件名加入了时间戳做为简易加密手段
    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，不必定跟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便可。

调试

能够看到数据已经上报到物联网平台了，同时oss的连接也能够用。

数据部分

接下来将演示如何经过IoT Studio服务开发工做台完成设备上报数据的转储以及根据规则进行告警（如心跳太低告警）。IoT Studio 服务开发是一个物联网业务逻辑的开发工具。经过编排服务节点的方式快速完成简单的物联网业务逻辑的设计。适用于如下场景：设备联动、设备数据处理、设备与服务联动、生成API 、生成App的后端服务等。

开通RDS

阿里云关系型数据库RDS（Relational Database Service）是一种稳定可靠、可弹性伸缩的在线数据库服务,提供容灾、备份、恢复、迁移等方面的全套解决方案，完全解决数据库运维的烦恼。目前六月份有10块钱试用半年的折扣，能够尝试购买。

开通之后进入管理控制台，会看到本身已经付费的实例出现，进入管理。

因为咱们须要用外部的服务调用RDS数据录入，所以须要容许外网访问，须要首先设置白名单。而后把默认的127.0.0.1改成0.0.0.0/0

而后返回管理页，能够看到外网地址出现了。

接下来须要设置登陆数据库的帐号，进入帐号管理页点击建立帐号，输入帐号密码等信息，而且选择要受权的数据库。

完成后返回实例控制页，点击登陆数据库，输入刚才设置的帐号密码，便可登入RDS数据库。

登陆以后首先建立一个数据库，命名为test，而后刷新一下，能够看到新建的test数据库，而后进入数据库创建一张表。

插入以下的几列，注意time可能须要改成timestamp类型，最后保存便可完成。这样就完成了表结构的配置。

数据对接RDS

首先在物联网平台首页，开发服务下的IoT Studio的快速入口进入服务开发工做台。而后新建一个服务，命名为“手环心跳转储RDS”。

而后在节点列表里选择“设备触发”节点，在右侧栏选择以前建立的产品“阿尔茨海默氏症监控手环”，监听全部设备的属性上报，如图。

接下来选择一个云数据库mySQL节点，将设备触发节点与云数据库节点链接起来。

参数以下，分别对应以前的列名，record不填，由于record会自动增加：

{
    "table": "test",![_rds5](https://yqfile.alicdn.com/d0979c17aa88ac03cd75ae1752c0b85e6b47fc23.png)

    "rows": [
        {
            "BPM": "{{query.props.BPM.value}}",
            "Latitude": "{{query.GeoLocation.value.Latitude}}",
            "Longtitude": "{{query.GeoLocation.value.Longtitude}}",
            "time": "{{query.deviceContext.gmtCreate}}"
        }
    ]
}

数据格式说明

咱们能够看到，设备上报的数据格式设这样的：

{
            "deviceContext": {
                "productKey": "a1OhdcX0B8B",
                "deviceName": "Wrist003",
                "gmtCreate": 1560497545957
            },
            "props": {
                "GeoLocation": {
                    "time": 1560497545957,
                    "value": {
                        "CoordinateSystem": 1,
                        "Latitude": 25.26,
                        "Longitude": 111.45,
                        "Altitude": 0
                    }
                },
                "BPM": {
                    "time": 1560497545957,
                    "value": 21
                }
            }
        }

在服务开发中，若是须要在json参数里调用外部动态的参数，须要采用{{xx.xx}}的方式调用。如在"BPM": "{{query.props.BPM.value}}"里，第一个query表示参数来自于第一个节点，第二个props表示取设备上报上来的属性数据，第三个BPM表示取props下的BPM对象，最后的value表示取BPM对象的值。同理其余几个能够根据设备上报数据的结构进行填写。
完成后点击部署，调试（可使用虚拟设备上报），回到RDS的数据库页面，能够看到数据更新了。这样就完成设备数据上报转RDS的操做。

数据即时告警规则

若是老人的心跳太低，咱们会经过钉钉机器人把消息通知到护士群里，让他们即时知晓状况。
首先仍然是新建一个服务，命名为心跳太低告警。

而后一样选择一个设备触发节点，侦听全部手环设备上报的属性。

添加一个“条件判断”节点，条件节点至关于一个if-else判断。而且把设备触发节点与条件节点链接起来。

在条件判断节点中，第一个选择“同时知足全部条件”，在“条件1”中第一个下拉框选择“设备触发”，在二级菜单选择“心跳”；判断条件选择“<=”，第二个框选择“静态值”“数值”。触发报警的条件咱们设置为老人心跳值小于50。

在以前的数据对接RDS里，咱们使用代码化的query.props.BPM.value定义设备数值。而在条件判断等节点中，咱们封装了数据源格式，可让你直接选择数据源进行规定格式的告警信息配置，而无需输入query/payload等变量。

接下来在左侧节点列表的“功能”类拖入一个“钉钉机器人”节点。并与条件判断节点的上方出口（“知足条件”）进行连线。选择模板为“设备告警”模板，数据源选择“设备触发”“心跳”，能够选择@全部人。
钉钉机器人的Webhook填入你要推送的钉钉群的钉钉机器人Webhook。

如何获取Webhook？

钉钉机器人是钉钉群内一个自动化的消息发送工具。在一个钉钉群内打开右上角的“群设置”，能够发现如下弹窗。

点击钉钉机器人，进入机器人配置页面。

选择添加自定义机器人。

而后在完成页面能够看到webhook。整个复制下来，粘贴到输入框内。

若是是自定义模板，如何动态配置文本text？

因为监听了所有的煤气检测器，咱们收到警告的时候须要知道是哪一个煤气检测器报警了，所以须要接受上报的煤气检测器的DeviceName进行推送。

选择text推送类型，参数框内为一个json对象，所以调用方法要符合json的格式。咱们采用了{{value}}的格式，如“{{query.deviceContext.deviceName}}”，能够查看下图的完整配置方法：

{
  "msgtype": "text", 
  "text": {
    "content": "使用手环{{query.deviceContext.deviceName}}的老人心跳太低，数字为{{query.props.BPM.value}}，你们快去看看吧！"
  }, 
  "at": {
      "isAtAll": true
  }
}

对条件判断节点的“不知足条件”，放置一个不作任何处理的nodejs脚本占位便可。

完成后，一样的进行部署启动调试。在虚拟设备那边上报一个小于50的BPM，看看是否成功响应。这样就完成了一个即时响应的心跳告警功能。

应用部分

本次的应用部分包括设备管理的页面，容许医院维护人员查看各个设备的状态，属性并根据需求添加新的设备。另外有当前全部设备在地图上的分布状况，方便监控老人动向。最后包含了一个监控手环上报图片的实时查看功能，能够查看老人有没有遇到危险，迷路等。
最终的实现效果如图：

手环管理SaaS建立

首先进入IoT Studio页，点击Web可视化开发，进入Web可视化页面。

而后新建一个空白模板，输入应用的名字，如“阿尔兹海默症示例应用”。

进入空白的Web页面，准备开始搭建咱们的应用。

左侧栏的构建

首先把整个应用的架构搭建好，建立5个页面，分别为医院监控大屏，医院设备管理，老人1的详情页，老人2的详情页，老人3的详情页。

接下来咱们为整个应用添加一个左侧栏，点击左下方的“导航菜单”。

因为咱们已经建好了对应的空页面，能够选择自动生成。

能够看到生成的左侧菜单栏，如今想把老人1，2，3三个页面归属到一个“老人监控”的主分类下，所以须要修改配置菜单项。点击左下角的“配置菜单”。此外这里修改了分辨率为1440x900。

点击新增主菜单，输入“老人监控”这个主分类名。这个主类目不会对应任何实际的页面连接，只是一个分隔符。

出现二次确认弹窗确认便可。

最后改为这样的结果。能够检查一下里面的连接是否正确的配置。

能够看到左侧菜单出现了“老人监管”这个分类。

配置页面基本元素&样式

想要SaaS应用的样式不同凡响？能够自定义各类样式，也可使用标准模板。

使用标准模板能够在新建页面的时候点击。

也能够根据本身的喜爱，用空白模板，而后自定义样式，好比修改菜单栏颜色。

修改背景颜色。

放入一些图片。

输入文字等装饰。最后变成这样的页面。

接下来咱们须要添加一些有功能的组件，让整个SaaS应用运做起来。

医院监控大屏页

如同示例，咱们须要一个指示设备GIS的地图以及一个展现设备情况的列表。在组件栏对应的是这两个组件。

设备地图

设备地图须要用到物联网平台数据分析功能的空间数据可视化服务。过程以下图gif显示，首先在左侧栏拖入地图组件，而后点击添加场景，前往空间数据可视化页面，而后点击添加，选择“阿尔兹海默症手环”产品，点击肯定。

能够修改地图主题色等。

选择后返回IoT Studio，从新点击地图组件选择刚才建立的场景，就能够看到在页面上出现了一份有设备位置的地图。

能够调节大小，放到合适的位置上，就完成了地图组件的配置了。

设备属性表格

设备属性表单能够把当前产品下全部设备（手环）的在线状态，更新时间以及属性快照值的显示出来，而且在应用发布后能够调整显示的列内容。适合全局性的设备预览。

首先拖入设备属性组件，在右侧栏配置要关联的产品。

能够看到关联了产品后，表单自动显示产品下的所有设备。接下来咱们能够修改一下右侧的配置项，让他的样式更符合黑色的背景。

而后咱们能够点击右上角预览，查看一下页面效果。能够在预览时点击“列显示设置”按钮修改显示的列数，这个配置是本地存储的，不会同步到云端。

这样第一个医院监控大屏页面就完成了。

医院设备管理页

设备管理页容许运维人员（而不是开发者）直接添加新设备获取三元组，这样他们就能够不感知阿里云物联网平台而实现设备的添加。为了实现这个功能，须要设备管理这个表单组件，如图。

配置方法为：首先从左侧栏拖入设备属性组件，而后在右侧栏修改一些配置项——包括是否容许发布以后用户添加/编辑/删除设备，修改列显示排序，添加自定义标签，修改样式等等。具体功能说明能够查看文档。

而后能够经过圆形组件，矩形组件以及文字组件添加设备采买流程等，最后完成的效果如图。

咱们能够预览，看看是否能够添加/删除设备。注意这里的添加/删除是会直接影响物联网平台上的设备的。

这样设备管理页就完成了，最后就是每一个设备的详情页，也就是每一个监控手环的信息展览页。

设备监控页

设备监控须要监控当前老人的心跳，剩余的电量，是否有告警信息，摄影设备的实时图像监控以及心跳的历史趋势图等。

仪表盘的配置

首先从左侧栏拖入一个仪表盘，修改一下样式。

而后关联设备数据，这里关联的是老人001的Wrist001设备的剩余电量。选择产品，设备，属性，而后验证数据格式。注意若是设备没有上报过信息，数据格式验证是没法经过的，能够经过虚拟设备上报信息进行验证。

这样就完成了剩余电量的仪表盘了，同理心跳数据的仪表盘也同样操做。

告警信息系统

咱们须要一段文字来接受来自设备的告警信息，同时须要一个按钮调用告警服务。
首先拖入一段文字组件，而后关联对应设备的对应事件（如老人摔倒），验证格式以后文字会显示事件的快照值以及输出参数。固然能够经过服务开发工做台的HTTP请求接口修改文字内容，定制化等。

能够拖到最下方进行轮询，保证数据的实时性。

接下来是一个告警服务，好比短信通知家眷，咱们能够开通阿里云的短信服务或者钉钉机器人进行消息的输出，也能够用服务开发的“三方API”节点进行微信公众平台等三方输出。这里咱们以钉钉机器人为例。

新建一个服务，使用一个HTTP请求节点，中间接一个钉钉机器人节点，最后接一个HTTP返回节点便可。HTTP请求不须要入参，HTTP返回不须要额外配置，钉钉机器人节点的配置项以下。

在按钮那里选择交互-点击-调用服务，选择对应的服务，验证便可看到钉钉机器人推送。

这就完成了告警模块的设置。

实况监控

图片的实况监控，如以前说的咱们获取了设备图片的url做为属性上报，咱们可使用“变量”机制，帮助iframe组件获取设备上报的属性。

首先拖入一个iframe组件，而后直接把以前步骤里得到的oss图片连接粘贴上去便可。

心跳曲线

心跳曲线须要用到设备曲线图组件，能够直接关联具体的设备获取数据，无需额外的配置。

首先拖入一个曲线图组件，在数据源侧选择设备Wrist001，点击验证数据，便可读取最近上报的数据。

而后调节样式便可，最后样式以下：

这样就完成了整个设备监控页。其余页面按此流程绑定不一样设备便可，目前组件也已经支持跨页面复制。

发布应用

咱们须要先在阿里云上申请一个域名，打开域名购买，购买一个域名。

而后前往IoT Studio的Web可视化工做台的设置菜单，点击域名管理。按照引导流程处理进行域名解析。

而后点击右上角的发布，点击肯定便可。

而后就能够看到发布成功了。直接前往本身购买的域名查看便可。

这样就完成一套全链路的阿尔茨海默病人护理物联网解决方案的发布了。

本文做者：dupig

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