智能健康終端系統設計

王宇航+黃岑宇+尹悅悅

摘 要：智能健康終端系統針對現有智能健康監測設備分散，健康數據采集單一的不足，充分利用現有資源，利用多個可選式配套組件獲取用戶健康參數監測結果，利用智能健康終端收集上述健康參數監測結果，并加入了對環境信息的采集，為用戶提供更為準確的健康狀態判斷和進行更為有效的健康監督。

關鍵詞：智能健康；信息采集；生理參數監測

隨著社會的高速發展和人民生活水平的普遍提高，越來越多的人更加重視健康問題。同時，伴隨著電子信息技術的快速發展，各種可穿戴智能設備正悄無聲息地改變著人們的生活，為人們提供基本健康數據監測，可穿戴智能設備更像是健康的監督官，時刻提醒用戶關注自己的身體健康狀態，督促用戶養成良好的生活習慣。

目前，智能手環是一種最為常見的智能穿戴設備，常被人們用來監測健康數據，各種設計的智能手環層出不窮。此外，家中的各種身體檢測儀器例如電子血壓計、血糖儀等也都呈現智能化趨勢，能將檢測的數據保存并上傳。然而，并沒有專門的健康終端，能夠將各種監測儀器所獲取的健康數據進行統一的收集和利用。

本文在研究便攜式智能設備以及健康裝置的基礎上，設計了一種智能健康終端系統，其可利用多個可選式配套組件獲取用戶健康參數監測結果，并利用智能健康終端收集上述健康參數監測結果，為用戶提供更為準確的健康狀態判斷和進行更為有效的健康監督。本文包括智能健康終端的系統設計、硬件配置以及軟件模塊等，并重點對整個系統架構進行了論證。

1 智能健康終端系統的系統設計

對于一個智能終端而言，其不僅要具有功能集合，并且還要滿足小型化的設計要求。本系統的智能健康終端系統框架組成如圖1所示，包括智能健康終端和可選式配套組件。可選式配套組件為用戶健康參數監測設備，包括人體監測數據獲取組件和環境監測數據獲取組件。人體監測數據獲取組件包括智能手環、智能體溫計、智能血壓計、智能血糖儀等。智能手環可用于獲得用戶的運動量、睡眠質量、心率、血氧飽和度等數據，智能體溫計可用于獲得用戶的體溫數據，智能血壓計可用于獲得用戶的血壓數據，智能血糖儀可用于獲得用戶的血糖數據。環境監測數據獲取組件包括環境監測器，環境監測器用于獲得用戶所處位置的包括溫度、濕度、空氣質量在內的環境數據。智能健康終端可無線接收同一用戶的上述所有可選式配套組件獲取的監測數據，以便于結合用戶的健康狀況（人體監測數據）以及當前環境（環境監測數據）提供相應的提示信息。

該智能健康終端系統整體架構如圖1所示，包括單片機模塊、電源模塊、傳感監測模塊、輸入模塊、輸出模塊、存儲模塊、通訊模塊以及傳感器監測模塊。輸入模塊包括攝像頭、音頻模塊以及液晶屏模塊，可以通過語音、圖形以及文字輸入，同時也可以通過通訊模塊將數據導入，并應用自動識別技術將輸入的信息進行識別，將有用的信息自動填入相關的數據表格。通訊模塊包括GPS定位模塊、無線網以及ZigBee連接模塊，可以使該終端與手機、計算機、遠程服器等設備相連，向遠程設備報告結果或者從遠程設備上導入數據。電源模塊可以對單片機模塊、傳感器模塊以及輸入輸出等需要供電的模塊進行供電，存儲模塊為外部存儲模塊，可以將健康數據存入存儲模塊進行備份。傳感監測模塊包括人體檢測傳感器以及環境監測傳感器，人體檢測傳感器可以對人體的心率、血氧、體溫、心電、血壓等健康數據進行檢測，同時具有計步器、睡眠質量監測等功能，環境監測傳感器具有環境監測功能，可以對人體所處的環境進行監測，包括溫度、濕度、空氣質量、光線等等，可以結合人體的健康狀況以及當前環境提供報警信息。

2 系統硬件模塊組成

智能健康終端構造與手機類似，但體積小于手機，如圖2所示。智能健康終端包括中央處理模塊、交互模塊、通信模塊、GPS模塊、存儲模塊以及電源模塊。其中，中央處理模塊包括主控MCU，中央處理模塊分別與交互模塊、通信模塊、GPS模塊、存儲模塊相連接并用于對各模塊進行控制。

交互模塊包括攝像頭模塊、音頻模塊以及觸摸屏模塊。攝像頭模塊包括分別位于智能健康終端的正面和反面的兩個攝像頭，用于獲取用戶的圖像輸入信息。音頻模塊包括位于智能健康終端側面的語音口，用于獲取用戶的語音輸入信息。觸摸屏模塊包括位于智能健康終端的正面的顯示屏，用于獲取用戶的操作輸入信息以及對相關信息進行顯示。

通信模塊包括無線網絡連接模塊和組件連接模塊。無線網絡連接模塊采用WiFi，用于實現所述智能健康終端與手機、計算機或者云端服務器的連接。組件連接模塊采用WiFi、藍牙或ZigBee，用于實現智能健康終端與各個可選式配套組件之間的連接，以從可選式配套組件獲取實時監測的包括人體監測數據和環境監測數據在內的用戶健康參數。

GPS模塊用于對用戶進行定位，并將用戶的實時地理位置信息傳送至中央處理模塊。存儲模塊為外部存儲模塊，用于存儲用戶的健康模型、健康計劃以及備份各種相關健康數據。電源模塊為太陽能電池或者可充電鋰電池，用于對以上各模塊進行供電。

3 系統主要軟件功能模塊

文章針對硬件模塊設計了主要的軟件功能模塊，如圖3所示，包括健康模型建立模塊、健康數據處理模塊、健康計劃生成模塊、健康監督模塊、環境預警模塊以及緊急報警模塊。健康模型建立模塊可以通過用戶輸入的數據進行選擇，并建立與用戶相適應的個性化健康模型，健康數據處理模塊對用戶數據進行處理，同時根據處理的結果將數據輸入其他模塊，健康計劃生成模塊可以根據用戶的健康數據以及用戶本身的自身數據生成用戶的健康計劃，比如用戶的飲食計劃、鍛煉計劃等等，并與健康監督模塊相連接，在固定的時間對用戶進行計劃項目的健康預警。環境預警模塊可以對用戶所處的環境進行監測，當外部環境出現威脅用戶健康的數據時及時對用戶進行預警通知。緊急報警模塊可以對用戶的健康相關的威脅數據進行報警，從而讓用戶可以針對自己的健康狀態有非常形象化的認識，并且幫助用戶建立健康規劃。

4 結語

智能健康信息采集終端系統的設計主要包含對信息采集模塊的設計，該系統有效利用多個可選式配套組件獲取用戶健康參數監測結果，并將環境數據納入檢測范圍，為用戶提供更為準確的健康狀態判斷和進行更為有效的健康監督。為保證健康信息采集的長期性和連續性，采集系統還應不斷吸收先進傳感器、網絡、信息技術的最新研究成果。由于信息數據量大，針對健康信息的有效數據處理，是日后研究的重點。

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