智能穿戴設備的應用
——以適老化為例

朱俊杰 王 明 韋延愷

（沈陽化工大學機械與動力工程學院，遼寧 沈陽 110142）

隨著人們生活水平和醫(yī)學技術水平的提升，人平均期望壽命也持續(xù)增長，目前中國已經(jīng)是世界上老人最多的大國。自一九九九年起，中國正式步入了人口老齡化國家，隨之而來的就是社會贍養(yǎng)壓力日益增大，而隨著中國人口基數(shù)的增加，社會贍養(yǎng)問題也開始越來越突出。在我國，“居家養(yǎng)老”是一種普遍認可的居家養(yǎng)老方式，不過隨著我國老齡化社會的快速發(fā)展，不管老年人還是兒童，中國傳統(tǒng)的家庭贍養(yǎng)觀念也正悄悄發(fā)生著變化。而由于人口老齡化以及家庭管理模式的改變，處理贍養(yǎng)問題已經(jīng)成為很多家庭的頭等大事。

老年人智能穿戴設備產(chǎn)業(yè)鏈融合了智能養(yǎng)老產(chǎn)業(yè)和智能穿戴設備產(chǎn)業(yè)，具有兩個新興產(chǎn)業(yè)的競爭特征。智能可穿戴設備作為養(yǎng)老產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，市場前景相對廣闊。幾千年的發(fā)展，我國的家庭倫理觀念已經(jīng)形成，家庭中老一輩更加向往熱鬧的生活方式，喜歡居家養(yǎng)老。我國有95%以上的老年人不愿意在養(yǎng)老機構度中過晚年生活。城市老年人可以憑借物業(yè)養(yǎng)老和居家養(yǎng)老適化轉(zhuǎn)型，從而達到更加舒適的居家養(yǎng)老，而農(nóng)村地區(qū)由于地理因素，過于偏僻或者交通不便，得不到完善的社區(qū)養(yǎng)老，老年人只能依靠家庭養(yǎng)老。家庭養(yǎng)老相對于居家為主、物業(yè)社區(qū)為輔養(yǎng)老模式，就顯得單一，較為局限，孩子們忙于工作，而且大多數(shù)老人都是獨居。因此，人們對可遠程實時監(jiān)控的養(yǎng)老智能可穿戴設備的需求逐漸擴大[1]。

智能可穿戴設備是應用穿戴式技術對日常穿戴進行智能化設計并能傳輸交互信息的智能設備[2]，它可以利用傳感器、全球定位系統(tǒng)等信息傳感器，接入移動互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)人與物隨時隨地的信息交流[3]。

智能可穿戴設備能夠直接佩戴作為個人便攜電子產(chǎn)品，了解、記憶和分析生活特征，這大大提高了軟件支持的質(zhì)量。

1 適老化智能穿戴設備

1.1 老年人可穿戴手表

針對老人可穿戴手表是用STM32F1 單片機開發(fā)的，采用多種編程和集成模塊。具有室內(nèi)外定位、生理指標監(jiān)測、墜落檢測、疫苗接種衛(wèi)生代碼顯示、一卡通功能[4]。內(nèi)外定位采用GPS 定位聯(lián)軸器，電磁干擾強，精度高。使用MKB 0803 模塊系統(tǒng)，對人體心臟搏動率、強壓、脈搏等進行監(jiān)測，具有意外掉落警報功能，系統(tǒng)高度整合，具有穩(wěn)定性。使用WD373 模塊檢測體溫、血壓、血糖、呼吸。對于墜落檢測，MPU6050 六軸加速度傳感器用于檢測加速度閾值[5]。智能穿戴手表可以實時跟蹤監(jiān)測老人的血壓、心率、位置等信息，后臺將信息統(tǒng)籌計算上傳，同步在老人子女的手機APP 上，方便老人的子女以及護理端護理人員及時處理突發(fā)疾病。通過監(jiān)測父母的智能穿戴手表的輔助，子女們可以更加快速簡潔地了解父母情緒的變化，從而增強父母與孩子之間的情感[6]。

1.2 離床警報器

為經(jīng)常平臥的老年人設計，以超低耗微處理器、IMS-C15A 薄膜壓力感應器與信號轉(zhuǎn)換器、GPRS 模塊等構成的微型壓力檢測系統(tǒng)，在老年人因意外離床時會傳遞報警訊息至云平臺，并發(fā)出警報聲。報警終端通過無線技術發(fā)送給計算機系統(tǒng)及定制手環(huán)；定制手環(huán)由護理人員佩戴在手腕上，在接收到報警終端的離床信息時，手環(huán)會產(chǎn)生自動提醒護理人員，用于提醒護理人員老人離床以便給予及時攙扶[7]。報警終端還將離床信息發(fā)送至老人子女手機端，子女可通過老年人居家養(yǎng)老輔助攝像頭查看老人當前狀態(tài)。

1.3 衛(wèi)星導航鞋

英國設計師多米尼克·威爾考克斯研制開發(fā)的衛(wèi)星導航鞋名叫“No Place Like Home”（何處是家園），無論主人身在全球的什么角落，都能夠引導它到達目的地；左腳鞋子的鞋頭有一圈LED 指示燈，外形就像是一種指南針，可以指明最準確的方位。右鞋鞋頭也有一個LED 指示燈，能夠表明當前位置以及離目的地的距離遠近[8]。信息同步至手機APP 客戶端，完成了對佩戴者的信息化、智能化的遠程實時監(jiān)護?，F(xiàn)今患有老年癡呆癥的老年人人數(shù)逐漸增多，常常會發(fā)生老年人找不到家的情況，子女只需將居住地點設為最終目的地，當家里老人出門之后，導航鞋就可指引老人回家，同時也可方便路人或護理人員幫助老人回家。

1.4 老年智能服裝

老年智能服裝是各種學科的組合，涉及電子信息、材料、紡織品和其他相關學科。主要是通過智能纖維、傳感器和物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)老年人的智能可穿戴服裝。智能纖維可以在外部環(huán)境變化和響應外，使用智能纖維進入衣服，以在保持紡織特性的情況下實現(xiàn)商定的智能。在服裝中植入生物醫(yī)學傳感器或者運動傳感器，制成能夠監(jiān)測人體生理數(shù)據(jù)和運動狀態(tài)的智能可穿戴服裝。物聯(lián)網(wǎng)技術與服裝結合，可以實現(xiàn)智能化識別、定位、監(jiān)管等功能[9]。老年智能服裝具有健康監(jiān)測功能，對于老年人來說，可以預防老年慢性疾病，健康監(jiān)測老年人智能穿戴服裝開發(fā)傳感器將數(shù)據(jù)能力嵌入服裝中，實現(xiàn)對老人日常生活中身體各方面要素的實時監(jiān)測與預警，并通過信息處理模塊進行分析。老年智能服裝采用4D 打印技術，技術成本較高，現(xiàn)需降低技術成本，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，從而降低售價，以此來推動老年智能服裝的可持續(xù)發(fā)展。

1.5 智能穿戴導盲腰帶

智能穿戴導盲腰帶是一種基于超聲波測距且可定位的導盲輔助產(chǎn)品，擁有超聲波測距、語言提示與可定位系統(tǒng)設計，可以很好地幫助老年實力弱化者的生活出行，同時也可適用于視力障礙盲人；智能穿戴導盲腰帶可以分為6 個模塊：主設備控制模塊、測距模塊、語言模塊、北斗定位模塊、通信模塊及電路系統(tǒng)；以STC89C52 處理器為核心，利用超聲波傳感器對前方所經(jīng)過路面情況進行實時障礙檢測；當有障礙物即將進入系統(tǒng)所設定的監(jiān)測警報范圍，將通過語言模塊對佩戴擴音耳機的視力弱化老人進行障礙物的信息警告提示；系統(tǒng)嵌入GPS 精準定位功能，通過通信模塊實時發(fā)送GPS 定位信息至老人子女與護理人員的后臺信息交互設備，實現(xiàn)智能導盲作用[10]。

2 適用于智能穿戴設備的情緒監(jiān)測系統(tǒng)

情緒監(jiān)控系統(tǒng)以物聯(lián)網(wǎng)的4 層基礎架構模式為中心，設計系統(tǒng)架構如圖1 所示。該系統(tǒng)包括智能設備、直鏈傳輸網(wǎng)絡、云服務器和移動客戶端。

圖1 情緒檢測系統(tǒng)架構分析

2.1 直鏈傳輸網(wǎng)絡

移動客戶端和智能設備可以同時實現(xiàn)無線網(wǎng)絡、UMTS/GSM/4G/5G 等直鏈傳輸網(wǎng)絡，與云服務器對應的模塊進行通信。云服務器將處理和存儲收集的生理數(shù)據(jù)，并傳輸給移動客戶端。

2.2 云服務器端

云服務器端（ECS）所具有的主要功能有首次信息數(shù)據(jù)處理、情感識別、建模和數(shù)據(jù)存儲傳輸。云服務器在客戶端首次上傳的數(shù)據(jù)進行首次處理后，輸入鑒定算法進行鑒定，存儲相關信息，將分類結果發(fā)送給移動客戶端。

2.3 移動客戶端

移動客戶端具有2 種模塊：護理員端與老年人端；老年人端也可稱為老人端，老人端主要有3個功能模塊：自我現(xiàn)狀評估、情緒放松和近期記錄。自我現(xiàn)狀評估模塊收集對老年人身體和心理狀態(tài)的自我評估；SAMA模塊創(chuàng)建報告的老年人的情緒狀態(tài)和情緒類型；情緒放松模塊向老年人傳達有關情緒緩解的短文、和日常健康生活小常識，并與護理人員的情緒干預互相輔助來解決老年人因環(huán)境等各種因素所產(chǎn)生的負面情緒；記錄模塊通過查詢老年人在不同時期的周期性情緒圖，讓老年人能夠自主地舒緩負面情緒，從而讓老年人產(chǎn)生愉快記憶，達到自我放松的境界[11]。

護理人員客戶端的主要功能是幫助醫(yī)護人員洞悉該地區(qū)老年人的情緒境況，收集該地區(qū)老年人的日常生活數(shù)據(jù)。護理對象主要有三個功能模塊：情緒組、常規(guī)數(shù)據(jù)分析上傳和情緒干涉。情緒組功能模塊要根據(jù)情緒屬性的類別參照，分析表明轄區(qū)內(nèi)老年人的情緒境況；常規(guī)數(shù)據(jù)上傳模塊用以上傳老年人的日常強身健體、集體文娛活動等信息內(nèi)容：情緒干涉模塊是管理系統(tǒng)中老年人與護理人員的溝通交流的便捷通道[12]。護理人員可在操作系統(tǒng)中對老人進行護理后隨訪登記，快速了解老人護理后情感變化情況，對護理后的心理康復情況進行記錄。老人子女也可以使用外部客戶端與主管護理員對治療后的情況進行溝通，從而隨時調(diào)整治療、康復方案。在此模塊下，護理部門可以查詢已完成的情緒干預，給予更多的心理照顧，或選擇主動提供上門服務來照顧老人。

3 結論

隨著時代的發(fā)展，在政府政策的影響下，人們會將更多的注意力放在養(yǎng)老市場上；在科技發(fā)達的時代，適老化智能穿戴設備的需求會越來越大。

本文將以物聯(lián)網(wǎng)四層基礎結構模型為中心研究的老人情緒監(jiān)測體系和智慧手環(huán)等智能穿戴設備嵌入合作中，成為智能養(yǎng)老系統(tǒng)的關鍵部分。云服務器端即時掌握了老人的情緒狀況，并分析老年人心理健康狀況，同時將所存儲信息發(fā)送到手機客戶端，養(yǎng)老服務平臺的護理人員就可進行有效服務，進一步提高了養(yǎng)老服務效率。本文列舉了幾種智能穿戴設備的工作原理與結構組成，但現(xiàn)今智能穿戴設備在養(yǎng)老方面的應用仍有未涉及的層面。只有不斷獲取老年人的養(yǎng)老需求、積極科技創(chuàng)新，制造出適合老年人多樣化需求的智能穿戴設備，不斷規(guī)范養(yǎng)老穿戴設備的行業(yè)準則，完善現(xiàn)有設備的功能不足之處，才可以逐步地緩解社會養(yǎng)老壓力，提高制造設備產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新能力，促進產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。