程慧君 蘇子荷 許慧
摘要:2020年新冠疫情爆發(fā)以來,居家隔離成為了防疫的重要方式,人民群眾對家庭健康的需求也日益增長。本文主要研究與設(shè)計智慧家庭健康系統(tǒng),借助智能傳感器和各種基礎(chǔ)醫(yī)療設(shè)備檢測健康數(shù)據(jù),用戶可以實時掌握自己的健康情況,采取對應(yīng)措施治理或預(yù)防。從預(yù)防疾病、提倡健康生活方式出發(fā),為廣大家庭用戶提供便捷的健康生活入口。
關(guān)鍵詞:智慧家庭;無線通信;健康管理;移動醫(yī)療
新冠肺炎疫情來勢洶洶,在家隔離是阻礙病毒傳播的重要方法。但從體質(zhì)健康方面來說,在家隔離會使人們的活動范圍變小,不能得到有效鍛煉,飲食單一、容易有心理壓力。同時,由于不能去醫(yī)院,身體健康體檢無法正常進(jìn)行。在這種情況下,人們對居家健康管理的需求大大增加。本文主要研究與設(shè)計基于物聯(lián)網(wǎng)的家庭健康系統(tǒng),集本地醫(yī)療設(shè)備、云服務(wù)器、智能終端于一體,為家庭成員提供身體檢測、疾病預(yù)防、健康生活方式等低成本、高效益的服務(wù),提高家庭生活質(zhì)量。
1 總體設(shè)計方案
家庭健康系統(tǒng)總體框架主要由各種基礎(chǔ)檢測設(shè)備、智能終端和云服務(wù)器組成。家庭健康系統(tǒng)的主要思想是綜合血壓儀、體脂秤和血糖儀等醫(yī)療設(shè)備于一體,通過這些基礎(chǔ)檢測設(shè)備檢測人體指標(biāo),得到人體健康數(shù)據(jù),再通過網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)并保存到健康云服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中,服務(wù)器軟件將數(shù)據(jù)展示在平臺上并通過大數(shù)據(jù)處理分析后反饋給用戶。家庭用戶通過登錄智能終端,可以實時了解用戶的血壓、體脂和血糖的變化趨勢,及時針對用戶身體狀況制定相應(yīng)的治療措施。家庭健康系統(tǒng)要求能隨時接受用戶的生理信號(體溫、體重、血壓等),記錄以及顯示用戶檢測的數(shù)據(jù)到智能終端設(shè)備上,當(dāng)用戶的生理測量數(shù)據(jù)超越規(guī)定的安全范圍時,會向用戶提示注意事項以及解決措施,此外,用戶能隨時使用智能終端設(shè)備查看歷史記錄。
2、功能模塊
基礎(chǔ)檢測設(shè)備包括健康一體機、血壓儀、血糖儀、體脂秤等。其中健康一體機能夠采集個人的心電指數(shù)、血壓數(shù)據(jù)、體溫等數(shù)據(jù),一體機還有Wifi和藍(lán)牙模塊,能夠?qū)⒉杉降臄?shù)據(jù)通過Wifi上傳到服務(wù)器。血糖通過市場上購買的具有無線傳輸功能的血糖儀采集,數(shù)據(jù)通過網(wǎng)關(guān)上傳到服務(wù)器。經(jīng)過身份識別卡或身份證、醫(yī)保卡等進(jìn)行本人的身份識別,本人通過刷卡確認(rèn)身份后,所測量的數(shù)據(jù)自動與該家庭用戶綁定。
定位功能,綁定定位終端通過定位系統(tǒng)來實現(xiàn)某個家庭成員的實時定位信息,一段時間內(nèi)的運動軌跡。還可以設(shè)定電子圍欄,使家庭成員在一定范圍內(nèi)活動,超出活動區(qū)域,能夠及時報警。終端管理,在這里為家庭成員綁定終端設(shè)備,使設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)能夠與系統(tǒng)對接。體檢信息管理,在這里添加兒童的信息,包括體重、體溫等的信息。健康監(jiān)控管理,接入健康一體機,刷卡建立兒童健康的信息,測量健康各項數(shù)據(jù)。統(tǒng)計界面顯示每個兒童的健康監(jiān)控界面。健康參數(shù)管理,在這里對健康項目的基礎(chǔ)值進(jìn)行設(shè)置,這樣系統(tǒng)會自動將兒童體檢的實際數(shù)值與基礎(chǔ)值進(jìn)行比較,如果超出這個范圍,系統(tǒng)會對該兒童的該項體檢項目進(jìn)行預(yù)警,在平臺和app會顯示預(yù)警信息詳情,以提醒家庭用戶等及時關(guān)注兒童的身體健康。健康預(yù)警管理,這里是兒童的健康數(shù)值超出安全范圍時,自動對兒童的健康信息進(jìn)行預(yù)警。
智能終端,在這為家庭用戶綁定終端設(shè)備,使設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)能夠與系統(tǒng)對接。智能手機可以與云服務(wù)器進(jìn)行交互,顯示、處理云服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)。用戶不在家中時,可以智能手機來訪問云服務(wù)器查看用戶的歷史記錄。智能手機軟件架構(gòu)包含信息管理單元,數(shù)據(jù)處理單元,通信單元三部分。
實時報警、持續(xù)監(jiān)測:智能應(yīng)用終端能對穿戴式設(shè)備測量的數(shù)據(jù)實時顯示,對異常數(shù)據(jù)能及時報警。當(dāng)智能穿戴式設(shè)備開啟監(jiān)控模式時,智能終端設(shè)備應(yīng)用能一直處在工作狀態(tài)。要求系統(tǒng)對采集的數(shù)據(jù)實時傳輸、分析、判斷并做出響應(yīng)。
3、軟件設(shè)計
智能設(shè)備接口,包含GPS定位接口、醫(yī)療設(shè)備接、穿戴設(shè)備接口等,主要處理與系統(tǒng)對接的體征檢測設(shè)備、定位設(shè)備的數(shù)據(jù)通信方式和數(shù)據(jù)格式。通過Serial port控件來讀取串口信息,顯示在客戶端的界面上,并通過因特網(wǎng)發(fā)送家庭健康服務(wù)系統(tǒng)。用戶桌面系統(tǒng),包括子女桌面子系統(tǒng)、管理人員桌面子系統(tǒng)、醫(yī)生桌面子系統(tǒng)等,實現(xiàn)不同的用戶角色擁有不同的權(quán)限,對不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。移動端應(yīng)用層,包括被檢測人員 APP、家庭成員APP、管理APP等。應(yīng)用系統(tǒng)層,包括健康監(jiān)測、家庭成員關(guān)愛、監(jiān)測設(shè)備管理模塊等?;A(chǔ)組件服務(wù)層,包括地理信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心、即時通信服務(wù)、短信服務(wù)等。系統(tǒng)軟件層,包括使用的操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、IT基礎(chǔ)設(shè)備等。系統(tǒng)安全服務(wù),包括認(rèn)證授權(quán)、應(yīng)用層安全、數(shù)據(jù)息安全、系統(tǒng)的安全及網(wǎng)絡(luò)安全等。
智能手機有2種通信模式。一種是當(dāng)智能手機和智能網(wǎng)絡(luò)機頂盒處于同一網(wǎng)絡(luò)時,它通過和智能網(wǎng)絡(luò)機頂盒建立 TCP 連接,來獲取智能網(wǎng)絡(luò)機頂盒傳輸?shù)臄?shù)據(jù);另一種是當(dāng)智能手機處于離線模式,即不與智能網(wǎng)絡(luò)機頂盒處于同一家庭網(wǎng)絡(luò)時,它通過和云端服務(wù)器建立 TCP 連接,來查詢用戶測量的歷史數(shù)據(jù)。下面就這兩種模式分別展開說明。
(1)智能手機與智能網(wǎng)絡(luò)機頂盒建立連接
智能網(wǎng)絡(luò)機頂盒通過2.4GHz無線通信技術(shù)接收智能穿戴式設(shè)備測量的生理參數(shù)。當(dāng)智能手機與智能網(wǎng)絡(luò)機頂盒建立連接時,機頂盒作為中轉(zhuǎn)站,將接收的智能穿戴式設(shè)備的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給智能手機,用戶可以同時在機頂盒和手機上對數(shù)據(jù)進(jìn)行操作處理。智能手機與智能機頂盒建立正常連接流程有如下幾個步驟。
第一步,智能手機啟動應(yīng)用,獲取設(shè)備的IMEI號和型號,啟動UDP服務(wù),來獲取智能網(wǎng)絡(luò)機頂盒通過UDP廣播的IP地址和端口。第二步,智能手機收到UDP數(shù)據(jù)包,通過數(shù)據(jù)解析,得到智能網(wǎng)絡(luò)機頂盒的IP地址和端口,與智能網(wǎng)絡(luò)機頂盒進(jìn)行TCP連接。第三步,建立完成TCP連接,智能手機發(fā)送設(shè)備IMEI號和型號給機頂盒,機頂盒允許智能手機接入。第四步,智能手機啟動接收線程,接收智能網(wǎng)絡(luò)機頂盒傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。第五步,智能手機同步機頂盒用戶信息以及用戶的歷史記錄到本地數(shù)據(jù)庫中。
2)智能手機與云服務(wù)器建立連接
當(dāng)智能手機連接不上機頂盒時,智能手機可以通過GPRS和Wi-Fi遠(yuǎn)程連接云服務(wù)器來查看智能穿戴式設(shè)備測量的生理數(shù)據(jù)。用戶可以查看自身和家人的生理健康狀況,隨時掌握健康信息。用戶首次使用健康家庭手機應(yīng)用時不能直接與云端端服器連接,必須與智能網(wǎng)絡(luò)機頂盒連接后才能使用遠(yuǎn)程服務(wù)功能。原因是智能手機必須從智能網(wǎng)絡(luò)機頂盒獲取機頂盒唯一ID編號并保存在本地數(shù)據(jù)庫中,之后智能手機才能通過機頂盒ID編號來遠(yuǎn)程訪問云服務(wù)器來獲取家庭成員的測量記錄。
4、總體分析
本論文的家庭健康系統(tǒng)是一種基于藍(lán)牙通信技術(shù)的監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。用戶通過它來實時監(jiān)測自身的身體健康狀況,達(dá)到健康生活的目的。家庭健康系統(tǒng)要真正的上線投入使用,還需進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。系統(tǒng)傳感器采集生理數(shù)據(jù)單一,只現(xiàn)實了體重、身高、體溫生理參數(shù)的采集。需要加入多種傳感器,全面采集用戶的生理參數(shù),以便于醫(yī)院分析和治療。家庭健康系統(tǒng)中云服務(wù)器穩(wěn)定性測試。在實際使用中,需要保證服務(wù)器24小時穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)。這就需要對服務(wù)器基于不同環(huán)境下進(jìn)行測試,以發(fā)現(xiàn)其性能漏洞。平臺開發(fā)技術(shù)還不成熟,未能廣泛的普及使用。但隨著技術(shù)和工具的不斷更新,平臺開發(fā)技術(shù)必定會逐步完善。
5、結(jié)束語
本文設(shè)計與構(gòu)思智慧家庭健康系統(tǒng),利用多種傳感器設(shè)備采集用戶健康指標(biāo),通過手機服務(wù)平臺來接收、處理測量數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)上傳至云服務(wù)器存儲。該系統(tǒng)能對收集到的體檢指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行解決和加工,使用戶能夠了解包括其家屬的個人健康情況分析數(shù)據(jù),同時醫(yī)務(wù)人員也可以依據(jù)這些分析數(shù)據(jù)來對居民進(jìn)行更加精確的治療措施。該服務(wù)平臺提供統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口便于為其它第三方平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取,同時支持從第三方系統(tǒng)接口處進(jìn)行數(shù)據(jù)抽取,起到了數(shù)據(jù)共享作用。
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項目名稱:基于大數(shù)據(jù)+AI的智慧家庭健康儀研究與設(shè)計(編號:S202010378141)
安徽財經(jīng)大學(xué) 安徽蚌埠 233030