超音波レーダと電灯線通信を 用いた見守り介護支援システム

超音波レーダと電灯線通信を
用いた見守り介護支援システム
山口大学大学院理工学研究科
教授 田中幹也
研究開発の背景
4000
3500
認知症患者の増加
・身体拘束の禁止
・単独で離床し転倒
介護現場：離床検知通報
人 数 （万 人 ）
3000
400
高齢者人口
認知症患者数
300
2500
250
2000
200
1500
150
1000
100
500
50
0
システムの需要が増大
350
0
1995 2000 2005 2010 2015 2020
年
独居高齢者の増加
・2006年:410万人(高齢者世帯1829万世帯のうち約22%)が独居
(H20高齢社会白書)
遠隔地家族：安否確認システムの需要が増大
人 数 (万 人 )
高齢社会の進行
従来の離床検知通報システム
・CCDカメラによる画像処理を用いた方法：
プライバシ保護，照明，高価格
・赤外線レーザを用いた方法：
赤外線の照射範囲が狭いため設置時の調
整困難や誤報
→
現場ではあまり普及していない
マットセンサ＋ナースコール：マットを踏むと圧力を検知しナースコール
で介護者に通報:安価でメンテナンスフリー → 現場の需要大
[問題点]
・ナースコールのない小規模施設，一般家庭では導入が困難
・マットに躓いたり，マットごと滑って転倒する事故
・汚れやすく，故障が多い
超音波レーダと電灯線通信を
用いた離床検知通報システム
マットセンサの問題点を解決 → 超音波レーダ(USR)：離床検知
電灯線通信(PLC)：通報・警報
↓
・安価：超音波センサ,PIC,既設電灯線
・非接触：メンテナンスフリー,清潔,壊されない
・安全：転倒しない
・電灯線の利用：ナースコールのない小規模施設や一般家庭で導入可能
超音波レーダ
超音波レーダ
電灯線
離床検知通報システム
USR
USR 11
PLC
PLC 送信機
Transmitter 1
1
USR 22
USR
PLC 送信機 2
検知装置
PLC
PLC 受信機
Receiver
・・・・
・・・・
USR
USR NN
電灯線
PLC
PLC 送信機
Transmitter N
N
通報装置
・システム構成
検知装置：超音波レーダ(USR:Ultra Sonic Radar)
通報装置：PLC送信機，PLC受信機
電灯線通信(PLC:Power Line Communication)
警報装置
警報装置
Alarm Device
超音波レーダ(USR)
・構成
・超音波センサ：周波数40kHz
超音波センサ
送信素子
・送信回路，受信回路
受信素子
・PIC（Peripheral Interface Controller
：周辺機器接続制御用IC)
・外形寸法:123（W）× 67（D）×37（H）mm
PIC16F873A
→
超音波レーダ
T
距離L
対象物
電灯線通信(PLC)
+12V
AC 100V
Power Line
Power Supply UNIT
GND
ECHELON PLT-22
Power Line Transceiver
Neuron Chip
ECHELON 3150
Coupling
Circuit
Set Switch
・電灯線を通信回線として利用する
技術
・既存の電灯線配線を利用
・導入コストが安い
・低速PLCを採用： 5400bps，安全性，
ノイズロバスト性(電磁ノイズに強
い)
・NeuronチップとPLCトランシーバ
・2相位相変調方式
・選択型シングルキャリア方式：
132[kHz],115[kHz]
+12V
AC 100V
Power Line
Power Supply UNIT
GND
ECHELON PLT-22
Power Line Transceiver
Coupling
Circuit
Neuron Chip
ECHELON 3150
ID Set Switch
VST0001 PCB Ass'y
VST0001 PCB Ass'y
Signal
Input
１
Signal
Input
２
Buzzer
Signal
Input
３
7seg.
LED
LED
PLC受信機
PLC送信機
低速PLC (従来から認可）
10kHz
450kHz
中波放送
高速PLC(2006.10から認可）
2MHz
短波放送・航空・海上通信 30MHz
離床検知システムフィールド試験
・特別養護老人ホーム「むべの里」(宇部市)
・試験期間：2007年3月21日～30日
毎日夕食後19時より翌朝7時まで
・被験者：女性2名（A:100歳, B:93歳）
No.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
USRA～配電盤～PLC受信機までの距離：約100m
USRB～配電盤～PLC受信機までの距離：約70m
14
15
16
17
18
接続されていた家電機器一覧
品名
数量
6
パソコン
ラジカセ
炊飯ジャー
食器洗い機
電子レンジ
冷蔵庫
換気扇
テレビ
給茶器
電動ベッド
自動水栓
電気ポット
洗濯機
電磁調理器
加湿器
ドライヤー
消毒器
カラオケ装置
1
1
1
3
3
4
20
2
7
2
2
3
1
2
1
3
1
離床検知システムフィールド試験結果
日付
実験結果
作動回数
A
B
2007.3.21
0
0
2007.3.22
1
0
2007.3.23
2007.3.24
1
4
0
1
2007.3.25
1
0
2007.3.26
2007.3.27
0
0
0
0
2007.3.28
1
1
2007.3.29
1
0
2007.3.30
1
1
試験期間：2007年3月21日～30日
・計13回警報装置が作動
・警報直後，介護者が状況を確認
・離床動作を検知
・誤報・誤動作なし
・未検知なし
・同ホームにはナースコールも設置されてい
るが，試験に用いた離床検知システムの導
入を希望された
USR+PLC型離床検知通報システムの有用性を確認
独居高齢者用安否確認システム
・超音波レーダ
・トイレの安否確認
・PLC送受信機
・制御装置
・小型コンピュータ（Linux）
・安否確認情報をサーバへ送信
・人体検知情報をファイルに書込
・無線パケット通信装置端末
・FOMAパケット通信に対応
制御装置
無線パケット通信装置端末
インターネット網
電灯線
情報通信装置
超音波レーダ
PLC受信機
サーバ
無線パケット通信端末
制御装置
PLC送信機
安否確認システムフィールド試験結果
0.8
人体検知範囲
0.7
測定距離 [m]
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
human boby detection
self-checking
0.1
0
0:00
4:00
8:00
12:00
16:00
20:00
利用回数
時刻
1回目
3:32
2回目
12:40
3回目
16:27
4回目
18:45
5回目
21:11
24:00
時間[h]
・被験者：男性(24歳)
・測定日時：2008年3月20日 0:00－24:00
・ 人体検知範囲：0.20～0.65m
・測定結果
・トイレの利用回数：５回
・誤動作なし
サーバに蓄積された安否確認情報
携帯電話からサーバーにアクセス
超音波レーダの非干渉化
・超音波レーダを用いた離床検知システム
・単一の超音波センサで，着床や起床イベントのみ検知できる
・詳細な着床・起床位置の特定は困難
・従来技術で複数の超音波レーダ
・異なる周波数を有する超音波センサーが必要
・信号処理回路が複雑化し価格も高くなる
↓
・同一の周波数を有する複数の超音波センサを個別識別可能
・ベッド上の起床位置の特定が可能 → 落下防止システム
・介護施設の大部屋etc.で，複数の離床検知システムを使用可能
非干渉化の方法：時分割方式
複数のセンサで同期をとり，各センサの送受信の
時間帯が重複しないようにする
送信波
受信波
・基準センサの発信・受信パルス
S1
・送受信時間幅:T1
T1
・センサS2の発信・受信パルス
S2
・送受信時間幅:T1
T1
・センサS3の発信・受信パルス
S3
T2
・送受信時間幅:T2
非干渉化の方法：パルス変調方式
送信波
S1
受信波
1．基準センサの発信・受信
パルス波
S2
2．各センサごと発信パルス
波の大きさを変える
S3
3．各センサごと発信パルス
波の長さを変える
S4
4．各センサごと同じ大きさの
発信パルス波をランダム
に組み合わせる
S5
5．各センサごと大きさ，長さ
の異なる発信パルス波を
ランダムに組み合わせる
非干渉化技術：落下防止システム
・USRを２個以上ベッド頭側に設置
・ベッド上の起床位置を検出可能：中央，右側，左側
・ベッドからの落下危険度を予測し通報可能：右側，左側
起床通報
就寝状態
中央で起床
落下警報
落下警報
左側で起床
右側で起床
非干渉化技術：複数離床検知システム
有線
マスタUSR
・時分割法方式
・超音波レーダ(USR)：超音波センサ＋ＰＩＣ
・マスタUSRで残りのスレーブUSRと同期をとる
・各USRを有線，無線，赤外線通信，Bluetooth
etc.で接続
・複数のUSRを使用可能
・パルス変調方式
・超音波レーダ(USR)：超音波センサ＋ＰＩＣ
・各USRが同時にパルス波を送受できる
・各USRを接続する必要なし
・複数のUSRを使用可能
・安価
非干渉化技術：安否確認＆セキュリティ
遠隔地家族
独居高齢者在宅時：安否確認システム
本人
・USR+PLC:ベッド，キッチン，トイレ，玄関，居室の状態を検知
緊急時通報
・情報処理装置，サーバーで生活パターンの以上の有無を検出
・異常時に通報YM → 遠隔地家族，セキュリティ企業etc.
独居高齢者留守宅：セキュリティシステム
・USR+PLC:窓，玄関，ベランダetc.の侵入者を検知
・異常時に通報YM：本人，遠隔地家族，セキュリティ企業etc.
USR
USR
USR
USR
USR
USR
USR
USR
USR
在宅時
USR
USR USR
USR
管理センタ
USR：超音波レーダ
USR
USR
USR
YM
留守宅
PLC：電灯線通信装置
USR USR
侵入者検知
YM：ユビキタスモジュール
企業への期待
・基礎技術は完成しているので，事業化を前提に企業との共同
研究を希望
本技術に関する知的財産権
・発明の名称：超音波レーダによる人体検知システム
・出願番号：特願2007-272458
・出願人：山口大学
・発明者：田中幹也
お問合せ先
山口大学
産学連携コーディネータ 浜本俊一
ＴＥＬ（０８３６）８５－９９８５
ＦＡＸ（０８３６）８５－９９５２
E-mail: [email protected]