基于物聯(lián)網(wǎng)的老年人健康預(yù)警手環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

白偉 張福玲

摘要： 利用技術(shù)成熟完善的物聯(lián)網(wǎng)傳感器，完成老年人可預(yù)警穿戴手環(huán)的硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。硬件系統(tǒng)系統(tǒng)有著較高的性價(jià)比，勝任各項(xiàng)功能監(jiān)測(cè)與定位。軟件系統(tǒng)能夠采集傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，建立完備的個(gè)人健康信息數(shù)據(jù)庫(kù)包括體溫、血壓、血糖、心電圖 心跳 睡眠、運(yùn)動(dòng)等，通過(guò)大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算進(jìn)行數(shù)據(jù)保存與共享并進(jìn)行簡(jiǎn)單處理與分析，真正實(shí)現(xiàn)智慧醫(yī)療，繼而實(shí)現(xiàn)智慧生活、智能生活，提升老年人幸福生活指數(shù)。

Abstract： Use the IOT sensor network， to complete the elderly hand ring hardware system and software system design. Hardware system has a high cost performance， competent for the monitoring and positioning of the function. The software system can collect sensor real-time monitoring data， establish complete personal health information database including body temperature， blood pressure， blood glucose， electrocardiogram， sleep， movement. To complete the wisdom of medical care， and then realize the wisdom of life， intelligent life， enhance the well-being of the elderly living index.

關(guān)鍵詞： 物聯(lián)網(wǎng)；老年人健康；手環(huán)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

Key words： Internet of Things；elderly healthy；hand ring；system design

中圖分類號(hào)：U116.2；F224 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）03-0099-02

0 引言

隨著社會(huì)發(fā)展，老齡化己經(jīng)成為了二十一世紀(jì)全球性問(wèn)題。《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒2015》報(bào)告指出，2014年末，我國(guó)65歲上人口數(shù)量達(dá)1.38億，占總?cè)丝诒壤?0.1%。2015年到2020年為高速增長(zhǎng)期，預(yù)計(jì)到2020年，我國(guó)老齡人口數(shù)量達(dá)2.5億，占總?cè)丝?7.6%，到2053年，中國(guó)老齡化人口將達(dá)到4.87億[1]。人口紅利將逐步消失，這也是國(guó)家放開(kāi)二胎生育政策原因之一，老齡化社會(huì)勢(shì)必影響國(guó)家長(zhǎng)久政策。

國(guó)家衛(wèi)計(jì)委最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)現(xiàn)有慢性疾病患者己經(jīng)超過(guò)2.6億，由慢性疾病導(dǎo)致的死亡占總死亡人數(shù)的85%左右。常見(jiàn)的慢性疾病主要有也腦血管疾病，糖尿病，慢性呼吸系統(tǒng)疾病等，慢性疾病的醫(yī)療費(fèi)用通常比較昂貴，一旦發(fā)病，便會(huì)給家庭和社會(huì)帶來(lái)沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。老年人往往是慢性疾病的高發(fā)人群，他們對(duì)醫(yī)療服務(wù)的需求明顯高于中青年人，如果僅僅依靠醫(yī)院或診所對(duì)老年人和慢性疾病患者進(jìn)行常規(guī)檢查，既容易浪費(fèi)醫(yī)療資源，又對(duì)患者身體健康不利。在這種情況下，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)體征生理參數(shù)監(jiān)測(cè)一方面可使這些慢性疾病患者，隨時(shí)隨地了解自身身體狀況，一旦某一重要體征生理參數(shù)出現(xiàn)異?？杉皶r(shí)治療，避免錯(cuò)過(guò)最佳治療時(shí)機(jī)，不僅大大提高了康復(fù)的幾率，更大大降低了醫(yī)療費(fèi)用。另一方面，對(duì)于老年人健康養(yǎng)老，身體自查，預(yù)防慢性疾病發(fā)生也具有重要的作用[2]。

因此，如何方便、準(zhǔn)確、低成本地實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)老年人的身體健康狀態(tài)而不限制他們正常的日常生活，對(duì)于提高老年人的生活質(zhì)量和醫(yī)療保健水平具有十分重要的意義。但現(xiàn)有的健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)在應(yīng)用過(guò)程中還存在諸多不足。首先，傳統(tǒng)健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)設(shè)備體積龐大，接線繁雜，一個(gè)功能模塊產(chǎn)生功能故障可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的崩潰。其次，傳統(tǒng)的健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)很大程度上限制了監(jiān)測(cè)對(duì)象的移動(dòng)，嚴(yán)重影響了監(jiān)測(cè)對(duì)象的日常生活。再者，傳統(tǒng)的健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)柔性相對(duì)較低，監(jiān)測(cè)對(duì)象無(wú)法自由選擇使用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中某一種或幾種監(jiān)測(cè)單元監(jiān)測(cè)相應(yīng)的生命體征，而且數(shù)據(jù)傳輸多為被動(dòng)傳輸。最后，傳統(tǒng)的健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中用戶或者其家人無(wú)法通過(guò)移動(dòng)終端，特別是智能手機(jī)實(shí)時(shí)了解用戶的當(dāng)前身體狀態(tài)。因而傳統(tǒng)的健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)己經(jīng)不適合現(xiàn)代家庭健康監(jiān)護(hù)了，特別是對(duì)老年人和慢性疾病患者進(jìn)行的長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[3]。

隨著互聯(lián)網(wǎng)通信以及物聯(lián)網(wǎng)傳感設(shè)備長(zhǎng)足發(fā)展，遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)為老年人和慢性疾病患者提供了一種全新的醫(yī)療監(jiān)護(hù)方式，它包含現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)和現(xiàn)代醫(yī)療技術(shù)，可為用戶提供實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的醫(yī)療監(jiān)控服務(wù)。

因此，文章提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的老年人健康可預(yù)警穿戴手環(huán)系統(tǒng)，通過(guò)該系統(tǒng)監(jiān)測(cè)老人身體日常生理值，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)預(yù)警提醒老人與監(jiān)護(hù)人，切實(shí)做好老人的人文關(guān)懷。系統(tǒng)應(yīng)用模型如圖1所示。

以上模型中的核心為預(yù)警手環(huán)，文章主要對(duì)該手環(huán)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，解決上述矛盾。包含兩大塊：硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)老年人、醫(yī)生、監(jiān)護(hù)人的大量訪談與調(diào)查，手環(huán)必須實(shí)現(xiàn)以下功能：

①醫(yī)生方面，需要老人心電圖監(jiān)測(cè)，心率監(jiān)測(cè)，傳輸血壓、血糖數(shù)據(jù)、睡眠監(jiān)測(cè)等；

②老人方面，有運(yùn)動(dòng)管理、久坐提醒、用藥提醒、喝水提醒，手環(huán)顯示字體大、易于使用、一鍵SOS、收音機(jī)等；

③監(jiān)護(hù)人方面，需要定位、電話、短信、跌倒預(yù)警等。

1.1 外觀設(shè)計(jì)

外觀屏幕為2英寸觸摸屏，完全實(shí)現(xiàn)大字體顯示，方便老人閱讀并進(jìn)行相應(yīng)功能調(diào)用使用。側(cè)邊包含開(kāi)機(jī)鍵與一鍵SOS功能實(shí)現(xiàn)緊急呼救，如圖1中監(jiān)護(hù)手環(huán)所示。

1.2 硬件核心設(shè)計(jì)

考慮到功耗及以上需求，硬件核心系統(tǒng)包含各類監(jiān)測(cè)傳感器、微處理器、電源模塊、通信模塊、其他模塊等。

①傳感器方面綜合考量，采用合肥華科電子的HKD-10A+心電傳感器與HKT-09A體溫傳感器。該心電傳感器（電源3-6VDC、電流<0.5mA）為單導(dǎo)心電圖采集模塊，模擬信號(hào)輸出，體積小，功耗小。HKT-09A體溫傳感器，支持在線溫度校準(zhǔn)，通過(guò)發(fā)指令操作上調(diào)或下調(diào)，溫測(cè)量范圍 25-50攝氏度，溫測(cè)量精度0.1攝氏度。支持無(wú)線傳輸，通過(guò)開(kāi)發(fā)包開(kāi)發(fā)可與CPU處理器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。腕帶使用“阻抗”傳感器和壓力傳感器進(jìn)行無(wú)創(chuàng)血糖數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。為有效防止一個(gè)傳感器異常引起整個(gè)系統(tǒng)的崩潰，大大減小傳感節(jié)點(diǎn)體積方便用戶穿戴，均采用Zigbee框架[4]，因此整個(gè)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和柔性比較強(qiáng)。

②微處理器方面，考慮到使用功能以及處理速度采用聯(lián)發(fā)科MTK6582，支持GSM＼WCDMA等多種網(wǎng)絡(luò)制式，功耗低，實(shí)現(xiàn)GPS定位，藍(lán)牙傳輸?shù)取？砂惭bNano-SIM卡，實(shí)現(xiàn)通信與數(shù)據(jù)傳輸功能。

③電源模塊方面，考慮到手環(huán)待機(jī)，故供電電池采用鋰電池充電，參照2英寸屏幕占比，鋰電池容量可在300-400mA左右，參照CPU、傳感器、通信、數(shù)據(jù)傳輸?shù)仍O(shè)備功率及損耗，可實(shí)現(xiàn)5天左右待機(jī)，連續(xù)通話6小時(shí)。

④跌倒報(bào)警模塊，包含速度計(jì)、磁力計(jì)、陀螺儀等運(yùn)動(dòng)傳感器等。

⑤其他模塊方面有收音機(jī)模塊，外觀材質(zhì)、腕帶等。

2 軟件系統(tǒng)

由于物聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)傳感器功能不斷提升與體積的大大縮小，為可穿戴手環(huán)提供了強(qiáng)有力的硬件支持。軟件方面，Android系統(tǒng)其開(kāi)源性，市場(chǎng)占有率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他操作系統(tǒng)。故本系統(tǒng)采用Andriod平臺(tái)進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)。軟件架構(gòu)如圖2所示。

開(kāi)發(fā)軟件為Eclipse，在安裝Android開(kāi)發(fā)平臺(tái)前，首先安裝Java 環(huán)境的JDK，建議選擇版本Java SE 8.0 （1.8.0）。安裝好 Java 環(huán)境后，安裝Android Studio的開(kāi)發(fā)套件，打開(kāi) Eclipse就可以進(jìn)行APP開(kāi)發(fā)。通過(guò)軟件系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)傳感器形成可穿戴設(shè)備，測(cè)量人體的血壓、體溫、血糖、心電圖、心律等健康指標(biāo)，利用電話數(shù)據(jù)通訊，隨時(shí)隨地人體健康監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)可通過(guò)保存在云存儲(chǔ)上，就醫(yī)時(shí)能夠方便醫(yī)生調(diào)閱參考[5]。

軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)應(yīng)把握以下原則：

①界面簡(jiǎn)單。

由于使用對(duì)象為老年人，界面必須做到簡(jiǎn)潔，字體顯示適中，適合翻閱。

②預(yù)警設(shè)置能夠根據(jù)個(gè)人健康需求實(shí)現(xiàn)個(gè)性設(shè)置。

比如根據(jù)世界衛(wèi)生組織的標(biāo)準(zhǔn)，成年人的正常血壓是90/60-139/89，理想血壓小于120/80，達(dá)到或超過(guò)140/90為高血壓，130/85為高正常血壓或臨界高血壓。而高血壓老人會(huì)常年高于150，所以報(bào)警參數(shù)設(shè)置功能就是讓用戶根據(jù)自身的情況進(jìn)行報(bào)警設(shè)置，提供人性化的服務(wù)。

③實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)傳輸快捷。

進(jìn)入任意一個(gè)子模塊，用戶可以選擇需要的歷史數(shù)據(jù)，查看某一時(shí)間段平均測(cè)量值的曲線。例如心律、血糖、血壓等。

④一鍵呼救SOS。應(yīng)能夠同時(shí)給多人發(fā)短信提醒，以免造成救援延遲。

⑤快速與準(zhǔn)確定位。GPS定位的同時(shí)實(shí)現(xiàn)基站定位，使得常規(guī)誤差不少于20米。

3 總結(jié)與展望

總之，在設(shè)計(jì)時(shí)，需要針對(duì)老年人的生理特征進(jìn)行硬件、軟件的綜合設(shè)計(jì)，尤其注意老年人使用感受，以免造成使用困難。外觀材質(zhì)腕帶方面也要考慮不同老年的需求，通過(guò)在肌肉感官、溫度、顏色光澤等方面予以考慮，綜合傳遞出柔和、溫暖信息，增加老年人舒適度與滿意度[6]。依靠成熟的物聯(lián)網(wǎng)傳感器通過(guò)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，建立完備的個(gè)人健康信息數(shù)據(jù)庫(kù)，一方面可以將用戶信息保存在云端，解放預(yù)警手環(huán)的存儲(chǔ)限制，另一方面可利用大數(shù)據(jù)和云計(jì)算，真正實(shí)現(xiàn)智慧醫(yī)療，為用戶提供更豐富、更廣泛的個(gè)人定制服務(wù)和智慧服務(wù)推送業(yè)務(wù)，繼而實(shí)現(xiàn)智慧生活、智能生活，提升個(gè)人幸福指數(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局.中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒2015[M].中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社，2015.

[2]季曉莉.應(yīng)對(duì)老齡化：醫(yī)療怎么結(jié)合[N].中國(guó)經(jīng)濟(jì)導(dǎo)報(bào)，2016-1-8（A03）.

[3]王林.基于無(wú)線體域網(wǎng)的遠(yuǎn)程健康監(jiān)護(hù)及其應(yīng)用決策方法的研究[D].華東理工大學(xué)，2016：1-4.

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