智能應急呼救系統

陳士奇

研究背景

中國現處于快速老齡化階段，預計到2050年左右，老年人口將達到全國人口的三分之一，這是一個非常龐大的社會團體。老年人中常見的腦血管疾病、惡性腫瘤、心臟病、糖尿病、高血壓等疾病，在平時的生活中因飲酒過量、體位變化、情緒變化、劇烈疼痛等因素極易引發暈厥。老人在外因突發疾病無及時急救而未能挽救生命的案例比比皆是。這背后反映了社會的相關產業未能跟進式發展，仍存在短板，缺少相關配套的解決方案。老年人在外安全已成為嚴峻的社會問題。隨著信息化時代的到來，可穿戴設備和互聯網技術成為當今發展的主流方向。萬物互聯改變人類生活方式，物聯網設備也逐步走向輕量化、自動化和智能化。基于以上情況，我研發了智能應急呼救系統（圖1），目的是讓系統智能判斷老年人是否出現身體異常，如發生異常情況系統可自動向120和監護人電話報警，并發送GPS定位信息，讓患者在第一時間獲得救助，從而挽救生命。

基本思路

人體最基本的生命體征是體溫、脈搏、呼吸和血壓。脈搏反映了心率，而心率在判斷一個人是否健康時尤為重要，我開發的系統以單片機為主控芯片，心率數據。

通過心率傳感器采集心率變化數據。正常成年人的心率在60?90次/分鐘，劇烈運動時可以達到100次/分鐘，老年人心率比正常成年人略高。我聽從父親醫院相關專家建議，在設備中分別把每分鐘低于45次和每分鐘高于120次的心率設為異常心率。

在使用過程中，當使用者心率不正常或突發昏迷摔倒時，手環可把監測到的數據通過藍牙傳至A手機伴侶，A手機（4G手機）主要實現通訊、定位功能，并判斷佩戴者是否體位異常（是否摔倒）。如A手機發現異常情況，可自動向B客戶端（監護人手機）和C客戶端（120電話和120服務器管理端）撥打電話報警，同時語音和短信告知自己的實際位置。本系統具有功能完善、擴展性高、全方位可穿戴智能應急呼救功能。

設計方案

功能設計

實時監測人體心率數據。

實時判斷人體體位。

智能判斷并撥打語音電話、發短信求救，可報告患者的實時位置。

手動一鍵報警求救。

B/C客戶端可以主動查詢佩戴該設備的使用者所在位置、運行軌跡及心率數據。

可導航到使用者求救的位置。

方便與現有120救護系統整合拓展。

結構設計

A端（4G手機）包括蜂鳴器、心率傳感器插座、Arduino 2560模塊、TTS語音模塊、2個藍牙模塊、電池、揚聲器、外殼、開關、USB充電接口。B端（手環）包括藍牙模塊、Lin智能模塊小板、心率傳感器、電池、開關、USB充電口、手環外殼。

電路設計

A端和B端的電路設計見圖2和圖3。

界面設計

界面設計包括LOGO、啟動界面、

應用時的界面（圖4）等。

程序設計

A端（使用端）：Arduino程序設計，實現心跳數據采集、語音合成模塊發音、蜂鳴器發聲、串口藍牙通訊功能。

B端（手機客戶端）：數據采集手機客戶端APP程序設計實現人體姿態檢測、GPS定位、藍牙通訊、4G網絡通訊功能;智能應急呼救系統手機客戶端APP程序設計實現GPS定位、數據查詢、導航、醫院通知查詢、4G網絡通訊功能。

C端（120服務器管理端）：程序設計實現數據儲存、GPS定位、數據查詢、導航、醫院通知發送、4G網絡通訊功能。

創新點

多客戶跨平臺，全自動智能監測人體健康狀態，出現心率異常、佩戴者摔倒等危險狀況需要救助時，系統自動定位報警，及時挽救生命。

跨平臺APP開發，將騰訊地圖和GPS結合，實現實時定位、導航，把被監護人的位置和手環心率數據（A端）利用4G物聯網遠程實時顯示在監護人手機客戶端（B端）和120的電腦或手機客戶端（C端）。方便120及監護人利用定位、導航系統及時趕往現場，加以救護。

跨平臺APP開發，Arduino 2560采集到的心率數據和手機傳感器采集的體位摔倒數據，可通過藍牙傳遞給A端。A端智能判斷，并分別向監護人手機客戶端（B端）和120的電腦或手機客戶端（C端）自動撥打由TTS合成的語音電話，并發送手機短信，告知120及監護人患者出事的位置，方便患者得到及時救護。

利用Arduino 2560板將信息采集、TTS語音、藍牙通訊、充電、復位多種功能集一體的DIY硬件，包括電池、喇叭、主控板、傳感器、壓電陶瓷蜂鳴片、各種開關接口，安裝在比手機還小的超薄盒子里與手機套緊密結合，與手機成為伴侶關系，可分可合，方便自如，不影響手機功能。

將藍牙通訊、4G網絡、物聯網、可穿戴結合，實時監測數據，軟硬件結合，發現危險行為不需人為操作，智能主動報警，具有一定的實際應用意義和社會意義。

小結

智能應急呼救系統實現了設計的功能需求，當佩戴者發生心率異常或摔倒等危險狀況需要救助時，系統自動定位報警，可使患者第一時間得到救助。系統的不足之處是采集人體數據太少（如體溫、血氧、呼吸等），系統有多客戶演示功能，但沒有做到多客戶系統應用，這些問題可在后續研究時改進。

該項目獲得第33屆全國青少年科技創新大賽創新成果競賽項目中學組計算機科學一等獎。

專家評語

項目來源于實際生活，實地取材。手機端及云端設計均有考慮，系統成熟度較高。