梁家耀，黃用忠，劉國志，張蕙玲，向 榮

（桂林電子科技大學 電子工程與自動化學院，廣西 桂林 541004）

0 引 言

有效的健康監(jiān)護服務是降低慢性病死亡率和國家醫(yī)療費用支出的有效手段。當前，市場上的人體健康監(jiān)護系統(tǒng)存在移動性、擴展性和實時性等方面的不足，因此我們研制了一種可以隨時隨地監(jiān)護個人健康的物聯(lián)網(wǎng)云監(jiān)護系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)整體方案設計

本系統(tǒng)主要由采集控制端、云服務平臺和PC上位機組成，其設計方案如圖1所示。

圖1 設計方案

采集控制端以STM32為主控芯片，配合檢測傳感器組裝成手環(huán)，采集人體的溫度、血壓和脈搏參數(shù)，使用WiFi模塊將采集的數(shù)據(jù)通過MQTT協(xié)議上傳到百度智能云天工物聯(lián)網(wǎng)平臺，數(shù)據(jù)以JSON格式傳輸。百度智能云天工物聯(lián)網(wǎng)平臺相當于數(shù)據(jù)的“中轉站”，最終將數(shù)據(jù)推送給PC上位機。PC上位機將接收的數(shù)據(jù)進行解析后顯示在PC界面。醫(yī)生可在PC上位機界面查看采集的數(shù)據(jù)、設置各項數(shù)據(jù)的閾值、遠程發(fā)送提醒短信等，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

2 采集方法

本項目采用MKB0908模塊對人體溫度、脈搏和血壓參數(shù)進行采集。該采集模塊主要由YK1801脈搏傳感器芯片、HR6707脈搏芯片、HR6816增益芯片、SFB9712算法芯片和WD3703溫度傳感器組成。該模塊可實現(xiàn)的功能包括：溫度測量、心率血壓采集計算、脈搏波和心電波形輸出、脫離佩戴識別、人體體表溫度監(jiān)測、HRV-PNN50輸出等。測量系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖2 測量系統(tǒng)框圖

2.1 血壓測量方案

使用YK1801脈搏傳感器采集脈搏波形，采用光電式容積脈搏波描記（PPG）的方式感應人體的脈搏信息并加以提取，通過模擬前端芯片 HR607+HR6816 取得PPG對應特征點之間的時間差即脈搏傳輸時間（PTT），使用算法芯片SFB9712 計算血壓。人體血壓的升降有2種情況，一種為身體自然生理狀態(tài)下，另一種為藥物作用狀態(tài)下。人體自然狀態(tài)下的血壓升高，我們所使用的模塊可以有效跟隨，而對于高血壓病人吃藥導致的血壓降低或者升高，其血壓的測量存在不確定性。在這種情況下，通過和病人的校正值進行比較，如果測量的血壓值大于高壓校正值20 mmhg便進行報警提醒。

2.2 溫度測量方案

WD3703溫度小板與MKB0908模塊的接口J1連接，形成溫度傳感器。使溫度小板上的WD3703傳感器芯片測量面接觸手腕皮膚，采集該處皮膚的實際溫度，通過GPIO接口和SFB9712算法芯片連接，通過適當?shù)乃惴ㄟM行溫度補償，最終得到體溫值。

2.3 脈搏測量方案

使用YK1801脈搏傳感器采集脈搏波，波形采用光電式容積脈搏波描記（PPG）方式感應并提取人體脈搏波。由于脈搏波（PPG）信號微弱，為獲得穩(wěn)定且有效的信號，我們需要確保傳感器接觸面和人體皮膚能夠穩(wěn)定可靠的接觸，設計了可調(diào)節(jié)式手環(huán)。

得到的參數(shù)通過WiFi模塊傳入STM32F103ZET6單片機進行整合處理。

3 云數(shù)據(jù)庫設計方案

本系統(tǒng)選擇的物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境為百度智能云天工物聯(lián)網(wǎng)平臺，使用MQTT協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸。MQTT 是一種低開銷、低帶寬占用和為遠程設備提供實時可靠消息服務的即時通信協(xié)議。它最大的優(yōu)點是基于訂閱/發(fā)布機制，在物聯(lián)網(wǎng)和嵌入式移動設備中廣泛應用。MQTT 可以扮演3種不同的角色：發(fā)布者、訂閱者和服務器。百度智能云天工物聯(lián)網(wǎng)平臺提供了固定IP和端口的MQTT 服務器作為數(shù)據(jù)轉發(fā)中轉站，實現(xiàn)了云存儲功能。

本系統(tǒng)建立的數(shù)據(jù)庫對系統(tǒng)進行信息管理，建立用戶的個人健康檔案。信息系統(tǒng)結構如圖3所示，其由參數(shù)信息、異常參數(shù)信息、用戶基本信息和賬號信息組成。參數(shù)信息是用戶每一次檢測的數(shù)據(jù)信息，檢測的參數(shù)包括體溫、血壓、脈搏。異常信息則是檢測各參數(shù)超出閾值的異常信息。系統(tǒng)信息是用戶的基本信息和賬戶信息，用戶基本信息包括ID、姓名、電話號碼、家屬姓名和家屬電話號碼。賬戶信息則是用戶登錄系統(tǒng)的賬戶密碼等信息。

圖3 信息系統(tǒng)結構

在本系統(tǒng)設計的數(shù)據(jù)庫中建立了4個表：參數(shù)表、異常參數(shù)表、用戶信息表和賬戶信息表，其參數(shù)見表1所列。

表1 參數(shù)表

4 PC上位機設計

上位機軟件選取Qt軟件，Qt具有跨平臺的優(yōu)勢，因此應用廣泛。PC上位機的Qt界面主要由用戶注冊登錄、服務器鏈接、實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)庫查看4部分組成，如圖4所示。用戶注冊登錄，驗證合格后才可以進入系統(tǒng)。服務器鏈接用于設置連接相應的云服務器。實時監(jiān)測主要顯示血壓、體溫、脈搏數(shù)據(jù)，從云平臺讀取數(shù)據(jù)后進行JSON解析，并將數(shù)據(jù)的變化以折線圖的形式展示。數(shù)據(jù)庫查看用于用戶查詢、增加、刪除和刷新病患資料。

圖4 Qt界面組成

5 結果演示

（1）將采集數(shù)據(jù)的智能手環(huán)充滿電，并穿戴在人體上，然后啟動電源開關；

（2）打開PC上位機軟件，進入登錄注冊界面，選擇注冊，如圖5（a）所示；

圖5 演示結果

（3）填寫用戶名和密碼后，點擊“下一步”，完成注冊，再進入登錄界面，如圖5（b）所示；

（4）完成登錄后進入連接服務器界面，如圖5（c）所示；

（5）設置服務器連接，連接成功后進入系統(tǒng)主界面，如圖5（d）所示，折線圖實時顯示該患者的數(shù)據(jù)變化；

（6）點擊“查看患者信息”進入患者資料信息界面，如圖5（e）所示，可對患者資料進行相關操作。

6 結 語

設計的系統(tǒng)使用單片機通過傳感器采集人體的生命體征參數(shù)，再借助WiFi模塊連接百度云服務器，通過MQTT協(xié)議連接上位機。借助上位機可以查看病人的生命體征，以及病人注冊的信息等，同時醫(yī)生可對多個病人的體溫、脈搏、血壓設置閾值，當超出閾值范圍時及時提醒醫(yī)生。通過全面的健康監(jiān)控和健康管理，能夠幫助用戶及時發(fā)現(xiàn)、解決健康問題，為國內(nèi)智能化醫(yī)療與移動健康事業(yè)的發(fā)展提供參考。