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。硬件系統(tǒng)系統(tǒng)有著較高的性價比，勝任各項功能監(jiān)測與定位。軟件系統(tǒng)能夠采集傳感器實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，建立完備的個人健康信息數(shù)據(jù)庫包括體溫、血壓、血糖、心電圖 心跳 睡眠、運動等，通過大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)與云計算進(jìn)行數(shù)據(jù)保存與共享并進(jìn)行簡單處理與分析，真正實現(xiàn)智慧醫(yī)療，繼而實現(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

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

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

0 引言

隨著社會發(fā)展，老齡化己經(jīng)成為了二十一世紀(jì)全球性問題?！吨袊y(tǒng)計年鑒2015》報告指出，2014年末，我國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年為高速增長期，預(yù)計到2020年，我國老齡人口數(shù)量達(dá)2.5億，占總?cè)丝?7.6%，到2053年，中國老齡化人口將達(dá)到4.87億[1]。人口紅利將逐步消失，這也是國家放開二胎生育政策原因之一，老齡化社會勢必影響國家長久政策。

國家衛(wèi)計委最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國現(xiàn)有慢性疾病患者己經(jīng)超過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)療費用通常比較昂貴，一旦發(fā)病，便會給家庭和社會帶來沉重的經(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)院或診所對老年人和慢性疾病患者進(jìn)行常規(guī)檢查，既容易浪費醫(yī)療資源，又對患者身體健康不利。在這種情況下，實時動態(tài)體征生理參數(shù)監(jiān)測一方面可使這些慢性疾病患者，隨時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)異常可及時治療，避免錯過最佳治療時機(jī)，不僅大大提高了康復(fù)的幾率，更大大降低了醫(yī)療費用。另一方面，對于老年人健康養(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、低成本地實時監(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)測設(shè)備體積龐大，接線繁雜，一個功能模塊產(chǎn)生功能故障可能會導(dǎo)致整個系統(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)測對象的移動，嚴(yán)重影響了監(jiān)測對象的日常生活。再者，傳統(tǒng)的健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)柔性相對較低，監(jiān)測對象無法自由選擇使用監(jiān)測系統(tǒng)中某一種或幾種監(jiān)測單元監(jiān)測相應(yīng)的生命體征，而且數(shù)據(jù)傳輸多為被動傳輸。最后，傳統(tǒng)的健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中用戶或者其家人無法通過移動終端，特別是智能手機(jī)實時了解用戶的當(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，特別是對老年人和慢性疾病患者進(jìn)行的長期動態(tài)實時監(jiān)測[3]。

隨著互聯(lián)網(wǎng)通信以及物聯(lián)網(wǎng)傳感設(shè)備長足發(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)，可為用戶提供實時動態(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)，通過該系統(tǒng)監(jiān)測老人身體日常生理值，一旦出現(xiàn)問題，及時預(yù)警提醒老人與監(jiān)護(hù)人，切實做好老人的人文關(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)，文章主要對該手環(huán)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，解決上述矛盾。包含兩大塊：硬件系統(tǒng)設(shè)計與軟件系統(tǒng)設(shè)計。

1 硬件系統(tǒng)設(shè)計

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

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

②老人方面，有運動管理、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

外觀屏幕為2英寸觸摸屏，完全實現(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)邊包含開機(jī)鍵與一鍵SOS功能實現(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

考慮到功耗及以上需求，硬件核心系統(tǒng)包含各類監(jiān)測傳感器、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)，通過發(fā)指令操作上調(diào)或下調(diào)，溫測量范圍 25-50攝氏度，溫測量精度0.1攝氏度。支持無線傳輸，通過開發(fā)包開發(fā)可與CPU處理器實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。腕帶使用“阻抗”傳感器和壓力傳感器進(jìn)行無創(chuàng)血糖數(shù)據(jù)監(jiān)測。為有效防止一個傳感器異常引起整個系統(tǒng)的崩潰，大大減小傳感節(jié)點體積方便用戶穿戴，均采用Zigbee框架[4]，因此整個系統(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，實現(xiàn)GPS定位，藍(lán)牙傳輸?shù)取？砂惭bNano-SIM卡，實現(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，可實現(xiàn)5天左右待機(jī)，連續(xù)通話6小時。

④跌倒報警模塊，包含速度計、磁力計、陀螺儀等運動傳感器等。

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)其開源性，市場占有率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他操作系統(tǒng)。故本系統(tǒng)采用Andriod平臺進(jìn)行軟件開發(fā)。軟件架構(gòu)如圖2所示。

開發(fā)軟件為Eclipse，在安裝Android開發(fā)平臺前，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的開發(fā)套件，打開 Eclipse就可以進(jìn)行APP開發(fā)。通過軟件系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)傳感器形成可穿戴設(shè)備，測量人體的血壓、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，隨時隨地人體健康監(jiān)測，數(shù)據(jù)可通過保存在云存儲上，就醫(yī)時能夠方便醫(yī)生調(diào)閱參考[5]。

軟件系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)把握以下原則：

①界面簡單。

由于使用對象為老年人，界面必須做到簡潔，字體顯示適中，適合翻閱。

②預(yù)警設(shè)置能夠根據(jù)個人健康需求實現(xiàn)個性設(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。而高血壓老人會常年高于150，所以報警參數(shù)設(shè)置功能就是讓用戶根據(jù)自身的情況進(jìn)行報警設(shè)置，提供人性化的服務(wù)。

③實時監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)傳輸快捷。

進(jìn)入任意一個子模塊，用戶可以選擇需要的歷史數(shù)據(jù)，查看某一時間段平均測量值的曲線。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定位的同時實現(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)計時，需要針對老年人的生理特征進(jìn)行硬件、軟件的綜合設(shè)計，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)傳感器通過軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，建立完備的個人健康信息數(shù)據(jù)庫，一方面可以將用戶信息保存在云端，解放預(yù)警手環(huán)的存儲限制，另一方面可利用大數(shù)據(jù)和云計算，真正實現(xiàn)智慧醫(yī)療，為用戶提供更豐富、更廣泛的個人定制服務(wù)和智慧服務(wù)推送業(yè)務(wù)，繼而實現(xiàn)智慧生活、智能生活，提升個人幸福指數(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國國家統(tǒng)計局.中國統(tǒng)計年鑒2015[M].中國統(tǒng)計出版社，2015.

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

[3]王林.基于無線體域網(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.

[4]Shahin Farahani.ZigBee Wireless Networks and Transceivers[M]. Newnes，2008.

[5]付強(qiáng).基于Android的健康監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].吉林大學(xué)，2016：38-40.

[6]楊君儀，等.一種基于云計算的老年人健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].2016，04（37）：71-74.