基于物聯網的老年人健康預警手環系統設計

白偉 張福玲

摘要： 利用技術成熟完善的物聯網傳感器，完成老年人可預警穿戴手環的硬件系統與軟件系統設計。硬件系統系統有著較高的性價比，勝任各項功能監測與定位。軟件系統能夠采集傳感器實時監測數據，建立完備的個人健康信息數據庫包括體溫、血壓、血糖、心電圖 心跳 睡眠、運動等，通過大數據、物聯網與云計算進行數據保存與共享并進行簡單處理與分析，真正實現智慧醫療，繼而實現智慧生活、智能生活，提升老年人幸福生活指數。

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.

關鍵詞： 物聯網；老年人健康；手環；系統設計

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

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

0 引言

隨著社會發展，老齡化己經成為了二十一世紀全球性問題。《中國統計年鑒2015》報告指出，2014年末，我國65歲上人口數量達1.38億，占總人口比例10.1%。2015年到2020年為高速增長期，預計到2020年，我國老齡人口數量達2.5億，占總人口17.6%，到2053年，中國老齡化人口將達到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。

國家衛計委最新統計數據顯示，我國現有慢性疾病患者己經超過2.6億，由慢性疾病導致的死亡占總死亡人數的85%左右。常見的慢性疾病主要有也腦血管疾病，糖尿病，慢性呼吸系統疾病等，慢性疾病的醫療費用通常比較昂貴，一旦發病，便會給家庭和社會帶來沉重的經濟負擔。老年人往往是慢性疾病的高發人群，他們對醫療服務的需求明顯高于中青年人，如果僅僅依靠醫院或診所對老年人和慢性疾病患者進行常規檢查，既容易浪費醫療資源，又對患者身體健康不利。在這種情況下，實時動態體征生理參數監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出現異常可及時治療，避免錯過最佳治療時機，不僅大大提高了康復的幾率，更大大降低了醫療費用。另一方面，對于老年人健康養老，身體自查，預防慢性疾病發生也具有重要的作用[2]。

因此，如何方便、準確、低成本地實時監護老年人的身體健康狀態而不限制他們正常的日常生活，對于提高老年人的生活質量和醫療保健水平具有十分重要的意義。但現有的健康監護系統在應用過程中還存在諸多不足。首先，傳統健康監護系統的監測設備體積龐大，接線繁雜，一個功能模塊產生功能故障可能會導致整個系統的崩潰。其次，傳統的健康監護系統很大程度上限制了監測對象的移動，嚴重影響了監測對象的日常生活。再者，傳統的健康監護系統柔性相對較低，監測對象無法自由選擇使用監測系統中某一種或幾種監測單元監測相應的生命體征，而且數據傳輸多為被動傳輸。最后，傳統的健康監護系統中用戶或者其家人無法通過移動終端，特別是智能手機實時了解用戶的當前身體狀態。因而傳統的健康監護系統己經不適合現代家庭健康監護了，特別是對老年人和慢性疾病患者進行的長期動態實時監測[3]。

隨著互聯網通信以及物聯網傳感設備長足發展，遠程醫療監護為老年人和慢性疾病患者提供了一種全新的醫療監護方式，它包含現代互聯網信息技術和現代醫療技術，可為用戶提供實時動態的醫療監控服務。

因此，文章提出了基于物聯網的老年人健康可預警穿戴手環系統，通過該系統監測老人身體日常生理值，一旦出現問題，及時預警提醒老人與監護人，切實做好老人的人文關懷。系統應用模型如圖1所示。

以上模型中的核心為預警手環，文章主要對該手環進行系統設計，解決上述矛盾。包含兩大塊：硬件系統設計與軟件系統設計。

1 硬件系統設計

通過對老年人、醫生、監護人的大量訪談與調查，手環必須實現以下功能：

①醫生方面，需要老人心電圖監測，心率監測，傳輸血壓、血糖數據、睡眠監測等；

②老人方面，有運動管理、久坐提醒、用藥提醒、喝水提醒，手環顯示字體大、易于使用、一鍵SOS、收音機等；

③監護人方面，需要定位、電話、短信、跌倒預警等。

1.1 外觀設計

外觀屏幕為2英寸觸摸屏，完全實現大字體顯示，方便老人閱讀并進行相應功能調用使用。側邊包含開機鍵與一鍵SOS功能實現緊急呼救，如圖1中監護手環所示。

1.2 硬件核心設計

考慮到功耗及以上需求，硬件核心系統包含各類監測傳感器、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，通過發指令操作上調或下調，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，通過開發包開發可與CPU處理器實現數據通信。腕帶使用“阻抗”傳感器和壓力傳感器進行無創血糖數據監測。為有效防止一個傳感器異常引起整個系統的崩潰，大大減小傳感節點體積方便用戶穿戴，均采用Zigbee框架[4]，因此整個系統的可擴展性和柔性比較強。

②微處理器方面，考慮到使用功能以及處理速度采用聯發科MTK6582，支持GSM＼WCDMA等多種網絡制式，功耗低，實現GPS定位，藍牙傳輸等。可安裝Nano-SIM卡，實現通信與數據傳輸功能。

③電源模塊方面，考慮到手環待機，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、數據傳輸等設備功率及損耗，可實現5天左右待機，連續通話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模塊，外觀材質、腕帶等。

2 軟件系統

由于物聯網的飛速發展，物聯網傳感器功能不斷提升與體積的大大縮小，為可穿戴手環提供了強有力的硬件支持。軟件方面，Android系統其開源性，市場占有率遠遠超過其他操作系統。故本系統采用Andriod平臺進行軟件開發。軟件架構如圖2所示。

開發軟件為Eclipse，在安裝Android開發平臺前，首先安裝Java 環境的JDK，建議選擇版本Java SE 8.0 （1.8.0）。安裝好 Java 環境后，安裝Android Studio的開發套件，打開 Eclipse就可以進行APP開發。通過軟件系統與物聯網傳感器形成可穿戴設備，測量人體的血壓、體溫、血糖、心電圖、心律等健康指標，利用電話數據通訊，隨時隨地人體健康監測，數據可通過保存在云存儲上，就醫時能夠方便醫生調閱參考[5]。

軟件系統開發應把握以下原則：

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預警設置能夠根據個人健康需求實現個性設置。

比如根據世界衛生組織的標準，成年人的正常血壓是90/60-139/89，理想血壓小于120/80，達到或超過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，所以報警參數設置功能就是讓用戶根據自身的情況進行報警設置，提供人性化的服務。

③實時監測數據準確，數據傳輸快捷。

進入任意一個子模塊，用戶可以選擇需要的歷史數據，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。應能夠同時給多人發短信提醒，以免造成救援延遲。

⑤快速與準確定位。GPS定位的同時實現基站定位，使得常規誤差不少于20米。

3 總結與展望

總之，在設計時，需要針對老年人的生理特征進行硬件、軟件的綜合設計，尤其注意老年人使用感受，以免造成使用困難。外觀材質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]。依靠成熟的物聯網傳感器通過軟件進行數據收集，建立完備的個人健康信息數據庫，一方面可以將用戶信息保存在云端，解放預警手環的存儲限制，另一方面可利用大數據和云計算，真正實現智慧醫療，為用戶提供更豐富、更廣泛的個人定制服務和智慧服務推送業務，繼而實現智慧生活、智能生活，提升個人幸福指數。

參考文獻：

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

[2]季曉莉.應對老齡化：醫療怎么結合[N].中國經濟導報，2016-1-8（A03）.

[3]王林.基于無線體域網的遠程健康監護及其應用決策方法的研究[D].華東理工大學，2016：1-4.

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

[5]付強.基于Android的健康監測系統的設計與實現[D].吉林大學，2016：38-40.

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