韓娜，廖曉斌，陳東偉，林漢威，唐能發(fā)，何偉明

（北京理工大學珠海學院，珠海519088）

O2O模式下穿戴式健康監(jiān)測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

韓娜，廖曉斌，陳東偉，林漢威，唐能發(fā)，何偉明

（北京理工大學珠海學院，珠海519088）

養(yǎng)老問題成為社會各界關(guān)心的焦點問題，隨著以物聯(lián)網(wǎng)為代表的高新技術(shù)的發(fā)展，智慧養(yǎng)老這一新興養(yǎng)老方式被提出，并為人們所關(guān)注?？纱┐鹘】当O(jiān)測系統(tǒng)是智慧養(yǎng)老的一部分，主要目的是通過這個系統(tǒng)實時監(jiān)測老人的生理特征，及時處理或者防范重大疾病的發(fā)生?？纱┐鹘】当O(jiān)測系統(tǒng)的主要功能是實時監(jiān)測人體的血氧、脈搏、體溫、呼吸速錄、姿態(tài)、導電率等生理特征，并且通過數(shù)據(jù)傳輸使手機可以查看數(shù)據(jù)并進行管理。通過可穿戴設備健康監(jiān)測系統(tǒng)為智慧養(yǎng)老的發(fā)展提供更好更真實的數(shù)據(jù)支持，使智慧養(yǎng)老體系更完善。

可穿戴；實時監(jiān)測；數(shù)據(jù)傳送

0 引言

目前，國內(nèi)醫(yī)療管理體系并不是那么的完善，許多設備設施落后，不便利，不利于病人病情的檢測和及時反饋。隨著科技發(fā)展，可穿戴設備的不斷普及與應用，給人們生活帶來巨大的便利。智能可穿戴設備是將人“物聯(lián)網(wǎng)化”的重要一環(huán)，也是大數(shù)據(jù)時代，除了手機外收集用戶各項數(shù)據(jù)的重要終端。因此，可穿戴設備將來對醫(yī)療事業(yè)將發(fā)揮重要作用，由于可穿戴設備的輕巧方便，便于攜帶，隨時采集病人生理信息，然后進行信息處理，客觀地展示病人病情變化，對治療有很大的幫助。

因此，想要基于Arduino平臺的可穿戴設備實現(xiàn)生理特征的實時監(jiān)測，傳送后臺再通過后臺服務器進來數(shù)據(jù)管理和分析，為人體生理特征采集大量數(shù)據(jù)，以分析人的生理變化，做出及時的反饋和處理，為醫(yī)療事業(yè)做出貢獻。

1 系統(tǒng)的框架

本項目整體是按照數(shù)據(jù)采集-數(shù)據(jù)分析-數(shù)據(jù)處理控制展示框架來實現(xiàn)，利用Microsoft Visual Studio 2012[3]開發(fā)工具，以C#為編程語言來搭建后臺管理系統(tǒng)，系統(tǒng)架構(gòu)為B/S，連接數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)采集端是基于Arduino平臺構(gòu)建的可穿戴設備，利用傳感器采集生理信息，通過后臺服務器給的接口傳輸數(shù)據(jù)。管理平臺獲取數(shù)據(jù)后對其進行一系列的分析統(tǒng)計操作，最終以直方圖、扇形統(tǒng)計圖和視頻[4]等方式展示，同時把數(shù)據(jù)推送到移動端，用戶可以通過手機等移動端了解病人情況。系統(tǒng)框架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框架圖

2 設計流程

通過便攜醫(yī)療設備與移動端Wi-Fi或者藍牙互聯(lián)檢測采集人體體征數(shù)據(jù)。將采集到的數(shù)據(jù)上傳至后臺服務器和本地保存。

當系統(tǒng)獲取到相應的數(shù)據(jù)時，將相關(guān)的數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫并對其進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析，最終以統(tǒng)計圖形的方式給用戶展示。

系統(tǒng)整體框架流程圖如下：

圖2 系統(tǒng)主程序流程圖

整個系統(tǒng)分三塊，后臺系統(tǒng)，護工App和家人App。后臺系統(tǒng)是用C#搭建的B/S架構(gòu)的平臺，使用了mhealth框架，有多種接口，可支持App應用開發(fā)，搭建更加完善的系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 前端采集功能

本系統(tǒng)設計的可穿戴設備采用的是ATMEGA328P為主控芯片的Arduino開發(fā)板，利用電子健康傳感器盾V2.0使各個傳感器與Arduino連接，由傳感器采集數(shù)據(jù)，Arduino進行數(shù)據(jù)處理，然后只要把傳感器穿戴在身上就可以獲得所需要的生理信息，整個可穿戴設備如圖3所示。

圖3 前端可穿戴設備

電子健康傳感器盾V2.0允許Arduino通過使用10個不同的傳感器執(zhí)行身體監(jiān)測的生物特征和醫(yī)療應用：脈搏，血氧（SPO2），氣流（呼吸），體溫，心電圖（ECG），血糖儀，皮膚電反應（GSR-出汗），血壓（血壓計），患者位置（加速度計）和肌肉/電子傳感器傳感器（EMG）。

圖4 電子健康傳感器盾V2.0

該信息可以用于實時監(jiān)測患者的狀態(tài)或獲得敏感數(shù)據(jù)，以便隨后分析醫(yī)學診斷。收集的生物特征信息可以使用Wi-Fi或者藍牙無線發(fā)送。

可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺服務器或者云平臺，以便通過將數(shù)據(jù)直接發(fā)送到筆記本電腦或智能手機進行永久存儲或?qū)崟r可視化。

3.2 移動終端功能實現(xiàn)

根據(jù)不同的用戶，登錄手機端App后所顯示的功能都不同，有護士端、家屬端等，以下圖5為例，這是一個登錄界面，通過輸入賬號和密碼，然后跟后臺數(shù)據(jù)庫比對，有該用戶的信息而且密碼正確，才能正確登錄。圖6為護工登錄的主界面，護工的登錄可查詢老人的相關(guān)信息，并可對其進行相應的操作，如對老人的體征檢測并錄入等。所有的信息將和服務器系統(tǒng)進行掛鉤，可上傳數(shù)據(jù)和調(diào)用數(shù)據(jù)。

圖7是特征信息錄入的界面，然后打開右上角的二維碼掃描器通過掃描病人二維碼信息，然后就能通過后臺查找到病人的相關(guān)信息并能顯示出來，然后就是體征信息的錄入，該功能是逐一錄入，然后點保存就能通過網(wǎng)絡上傳到后臺服務器。

圖8則是體檢報告的查詢，也是通過在后臺服務器上面獲取體檢報告的信息，打開以后就能看到每次體檢系統(tǒng)上傳的體檢報告。

圖5 登錄界面

圖6 主界面

圖7 體征信息錄入

圖8 檢查報告

3.3 后臺服務器

以下是系統(tǒng)的展示界面。首先是系統(tǒng)登錄界面，主要是讓用戶登入系統(tǒng)；然后是系統(tǒng)的登錄后主頁面，如圖9所示。上面是導航欄，用于跳轉(zhuǎn)血壓、血氧檢測界面的操作和個人信息等；右邊則是對應模塊的展示界面。

圖9 系統(tǒng)展示界面

整個系統(tǒng)我們先做需求分析，然后按照需求分析設計數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫我們使用的是MySQL，然后創(chuàng)建表和表之間的關(guān)系，字段和類型，然后左邊的菜單欄我們使用的是TreeView插件，使菜單以樹形的形式展開，然后我們還使用免費的FineReport工具進行報表打印，整個后臺系統(tǒng)完整清晰有條理，而且方便使用。

我們的后臺除了數(shù)據(jù)管理以外，最終要的功能是數(shù)據(jù)處理和分析，目前系統(tǒng)已整合多種算法來深度挖掘數(shù)據(jù)，然后我們還設計了算法來模擬匹配，選擇最優(yōu)算法來挖掘數(shù)據(jù)，使我們的數(shù)據(jù)更有價值，使我們的平臺走向大數(shù)據(jù)時代。后臺主要功能是數(shù)據(jù)處理，分類，訓練，模擬匹配，比較不同算法得到最優(yōu)算法，從而得出一個更加準確的值，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘功能，提煉出更多有用的數(shù)據(jù)來參考。數(shù)據(jù)分類的準確率達到了86.19%。

圖10是后臺能數(shù)據(jù)錄入后圖形化顯示，并以條形圖、餅狀圖等圖表直觀的觀察和了解老人的生理變化。并通過圖形數(shù)據(jù)分析，推斷出老人的生理狀況，提早做出改善和疾病預防。除了身高、體重以外，還有各個時間段采集錄入的血壓、血糖、脈搏等重要生命特征信息，圖形化顯示能更好地反映了在某一時段內(nèi)的生命特征變化，使數(shù)據(jù)研究更有價值和意義。

圖10 圖形顯示

4 結(jié)語

可穿戴設備監(jiān)測系統(tǒng)，采用目前流行的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及移動平臺終端，使可穿戴設備實現(xiàn)精確的數(shù)據(jù)采集，快速的數(shù)據(jù)處理，并存儲和顯示客觀信息，供用戶參考，幫助用戶實時了解自身的身體狀況或者病情，以便及時求醫(yī)，以防病情惡化。目前系統(tǒng)還可以拓展到社區(qū)等，不僅僅醫(yī)院病人才能使用，社區(qū)居民居家也能受惠，整體提高人民的生活質(zhì)量。

[1]邵麗萍，張后揚，郭春芳.網(wǎng)站編程技術(shù)實用教程（第一版）.清華大學出版社，2005.1.

[2]Daniel Cazzulino等C#Web應用程序入門經(jīng)典[M]北京：清華大學出版社，2003.

[3]（澳）John BOXALL著.動手玩轉(zhuǎn)Arduino.翁愷譯.北京：人民郵電出版社，2014.1：204-210.

[4]王珊.《數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論》[M].高等教育出版社，2008.6

[5]陳呂洲.Arduino程序設計基礎：北京航天航空出版社，2014：5-6

Design and Implementation of Wearable Health Monitoring System in O2O Mode

HAN Na，LIAO Xiao-bin，CHEN Dong-wei，LIN Han-wei，TANG Neng-fa，HE Wei-ming

（Beijing Institute of Technology，Zhuhai 519085）

Pension problem has become the focus of attention of all sectors of society,with the Internet of Things as the representative of the develop?ment of high-tech,intelligent pension this new way of raising old age,and for people's attention.Wearable health monitoring system is part of the wisdom of the elderly,the main purpose is through this system real-time monitoring of the physiological characteristics of the elderly, timely treatment or to prevent the occurrence of major diseases.The main function of the wearable health monitoring system is to monitor the physiological characteristics of blood,pulse,body temperature,breath speed,posture,and electrical conductivity of the human body in real time,and to enable the mobile phone to view the data and manage it through data transmission.Through the wearable equipment health monitoring system for the development of wisdom and pension to provide better and more real data support,so that the wisdom of the pen?sion system more perfect.

1007-1423（2017）21-0065-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2017.21.013

韓娜（1981-），女，助教，碩士研究生研究方向為算法設計、機器學習、移動互聯(lián)網(wǎng)；廖曉斌（1994-），男，廣東人，本科，研究方向為系統(tǒng)集成和開發(fā)、智能機器人、物聯(lián)網(wǎng)工程應用；陳東偉（1982-），男，副教授，工學博士，博士后在站（廣東兆邦智能科技有限公司），研究方向為腦網(wǎng)絡信息學、類腦計算與智能機器人、物聯(lián)網(wǎng)工程應用；林漢威（1994-），男，廣東人，本科，研究方向為Web開發(fā)和應用該、物聯(lián)網(wǎng)工程應用；

2017-04-10

2017-07-18

Wearable Equipment;Real-Time Monitoring;Data Transmission