基于物聯(lián)網(wǎng)的養(yǎng)老小區(qū)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的研究＊

郭文會(huì)，張 瑩

（蘭州理工大學(xué)技術(shù)工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050）

中國老年人的身體健康不容樂觀。根據(jù)對(duì)全國老年人的健康水平調(diào)查，只有20%～25%的老年人主要器官處于健康狀態(tài)。糖尿病、高血糖癥、慢性炎性支氣管炎、肺水腫和類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎是老年人患病率高的急性疾病。根據(jù)中國城市中老年保健服務(wù)機(jī)構(gòu)的調(diào)查，老年人看病率略高于其他年齡人群，住院手術(shù)率也明顯高于其他年齡人群。

目前，中國老年人患者很多，醫(yī)生相對(duì)較少，去醫(yī)院治病比較困難，費(fèi)用也很高。當(dāng)前的大多數(shù)監(jiān)視和測試儀器都基于標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)式計(jì)算機(jī)，具有成本高，體積大和不靈活的特點(diǎn)。而且，它們大多數(shù)是國外產(chǎn)品，設(shè)備的成本相對(duì)較高，只能在大型醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)進(jìn)行使用，不能完全滿足老年人個(gè)體和家庭的潛在醫(yī)療需求[1]。而內(nèi)置智能應(yīng)用程序的健康監(jiān)控系統(tǒng)，可以更有效地解決當(dāng)前問題。本系統(tǒng)開發(fā)成本低，體積小，重量輕，非常方便靈活。可以實(shí)現(xiàn)家庭與社區(qū)醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)共同對(duì)養(yǎng)老小區(qū)的老年人身體進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。它還具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義，能帶來很高的經(jīng)濟(jì)效益[2]。

1 總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

1.1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)分為六大部分：分別為老年人自身攜帶的健康監(jiān)護(hù)儀，4G 網(wǎng)絡(luò)，互聯(lián)網(wǎng)、服務(wù)器、養(yǎng)老小區(qū)值班人員上位PC 機(jī),手機(jī)APP。如圖1 所示。

1.2 功能特點(diǎn)

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)的主要功能包括檢測老年人生理參數(shù)和生命體征。醫(yī)務(wù)人員可以通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程通信判斷被監(jiān)測人員的身體狀況，早日發(fā)現(xiàn)老年人的慢性病，還能及時(shí)治愈老年人的突發(fā)疾病。它具有十分先進(jìn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集方法和非常靈活的網(wǎng)絡(luò)重組功能。

2 功能模塊設(shè)計(jì)

2.1 健康監(jiān)護(hù)儀

健康監(jiān)護(hù)儀的原理是使用各種傳感器，這些傳感器連續(xù)監(jiān)測老年人的生理參數(shù)。還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)老年人的生命體征實(shí)時(shí)監(jiān)測，運(yùn)用GPS＋4G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)完成老人的精確定位，利用4 G 技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸老年人身體狀況信息，由專業(yè)醫(yī)務(wù)人員對(duì)綜合數(shù)據(jù)進(jìn)行完整的統(tǒng)計(jì)判斷和及時(shí)的反饋與救助服務(wù)，并努力實(shí)現(xiàn)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)全面的智能化，實(shí)現(xiàn)老年人健康家庭監(jiān)控和緊急救援以及語音消息警報(bào)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)智能化。

由心電信號(hào)采集電路、心音信號(hào)調(diào)理電路、體溫信號(hào)調(diào)理電路、脈搏信號(hào)調(diào)理電路、血壓信號(hào)調(diào)理電路、老人看護(hù)電路組成一臺(tái)完整的健康監(jiān)護(hù)儀，如圖2 所示。

圖2 健康監(jiān)護(hù)儀硬件組成

2.1.1 心電信號(hào)采集電路

在人體心臟各個(gè)部位的激發(fā)過程中，有內(nèi)部規(guī)則的信號(hào)轉(zhuǎn)換。信號(hào)轉(zhuǎn)換的電位變化會(huì)及時(shí)記錄為調(diào)用函數(shù)。記錄調(diào)用函數(shù)變化的曲線稱為心電圖。該電路通過前端放大，高通濾波器控制電路，次級(jí)放大電路連接和二階低通濾波器電路元件，雙T 有源陷波濾波器和電平提升電路來收集老年人的心臟電信號(hào)。

2.1.2 心音信號(hào)調(diào)理電路

心音是指由心肌收縮，心臟瓣膜關(guān)閉和血液沖擊引起的振動(dòng)產(chǎn)生的聲音。該聲音通過心音換能器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，稱為心音圖。心音換能器用于有效提取和處理心音信號(hào)，放大和濾除無關(guān)噪聲和環(huán)境噪聲，可以輸出清晰穩(wěn)定的心音信號(hào)[3]。

2.1.3 體溫信號(hào)調(diào)理電路

正常人的平均直腸溫度為37.3℃。選擇AD590作為溫度傳感器。AD590 是美國模擬器公司生產(chǎn)的單芯片集成溫度感測電流源。流經(jīng)該設(shè)備的電流等于設(shè)備環(huán)境的熱力學(xué)溫度。AD590 的溫度范圍為-55℃～150℃。電源電壓范圍為4v～30v，測量精度高。

2.1.4 脈搏信號(hào)調(diào)理電路

脈搏波是以心跳為足夠動(dòng)力的血管內(nèi)傳導(dǎo)通路引起的體積變化和振動(dòng)的一種常見現(xiàn)象。它還可以反映人體血管和血管內(nèi)系統(tǒng)的重要功能，包括體液代謝的重要功能。指套式光電技術(shù)傳感器采用光電技術(shù)三極管采集脈搏信號(hào)。

2.1.5 血壓信號(hào)調(diào)理電路

MPS2100 壓力傳感器用于測量血壓壓力值。MPS2100 半導(dǎo)體壓力傳感器是專門為血壓檢測而設(shè)計(jì)的。它可以將壓力轉(zhuǎn)換為具有良好線性度的毫伏級(jí)差模電壓信號(hào)。輸出電壓與施加的壓力精確成比例。

2.1.6 老人看護(hù)電路

老人看護(hù)電路可對(duì)老年人行動(dòng)姿態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)對(duì)老年人的準(zhǔn)確定位。該電路以MPU6050六軸運(yùn)動(dòng)組件對(duì)老年人姿態(tài)進(jìn)行檢測，通過GPS+4G 網(wǎng)絡(luò)對(duì)老年人進(jìn)行雙定位，同時(shí)擁有錄音模塊與語音模塊，即老年人遇突發(fā)情況，自主開啟錄音模式，記錄事發(fā)現(xiàn)場狀況，語言模塊給出請(qǐng)求幫助信息，并提醒施救者已開啟錄音，可以放心救助。

老人看護(hù)電路通過解算陀螺儀和加速度計(jì)的信息完成對(duì)老年人行動(dòng)姿態(tài)的判斷。系統(tǒng)分為主控芯片、姿態(tài)檢測、全球定位以及電源等模塊。姿態(tài)檢測模塊核心為MPU6050 六軸運(yùn)動(dòng)組件，給出三軸加速度與角速度信息，并應(yīng)用PID 算法完成對(duì)數(shù)據(jù)的處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)老年人行動(dòng)姿態(tài)的精確判斷；定位選用GPS+4G 網(wǎng)絡(luò)，使得定位更精準(zhǔn)。

2.2 4G 網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)關(guān)

4G 網(wǎng)絡(luò)是第四代手機(jī)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信的基本標(biāo)準(zhǔn)和核心技術(shù)。4G 融合了3G 和混音技術(shù)，可以采集各種彩色圖像數(shù)據(jù)。4G 直接下載數(shù)據(jù)傳輸速率不低于100Mbps，是目前新建家庭光纖寬帶聯(lián)通寬帶的25 倍，完全可以滿足幾乎現(xiàn)有用戶對(duì)通信業(yè)務(wù)的市場需求，網(wǎng)關(guān)是連接4G 網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)之間的邊界設(shè)備。它在這一體系中起著重要的橋梁建設(shè)作用。網(wǎng)關(guān)接收到老年人生理指標(biāo)和生命體征等數(shù)據(jù)后，首先對(duì)綜合數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析和處理，然后將處理后的信息發(fā)送給養(yǎng)老小區(qū)值班人員的上位PC 機(jī)，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫。

2.3 上位PC 機(jī)及手機(jī)App

養(yǎng)老小區(qū)值班人員上位PC 機(jī)，安裝了專用的監(jiān)護(hù)系統(tǒng)軟件，軟件采用良好的人機(jī)交換窗口。具有實(shí)時(shí)顯示采集數(shù)據(jù)、智能判斷、及時(shí)報(bào)警和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等多種功能[4]。

手機(jī)App 具有養(yǎng)老小區(qū)值班人員上位PC 機(jī)相似的基本功能，可隨時(shí)隨地查詢養(yǎng)老小區(qū)老年人的生理指標(biāo)和生命體征，對(duì)突發(fā)事件及時(shí)報(bào)警。其可移動(dòng)性的特點(diǎn)為養(yǎng)老小區(qū)的老年人監(jiān)護(hù)帶來了極大的便利。

3 服務(wù)器管理軟件

用目前最流行的Windows 平臺(tái)應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境visual studio，采用visual C++進(jìn)行基于物聯(lián)網(wǎng)的養(yǎng)老小區(qū)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的研制。具有數(shù)據(jù)采集、智能診斷、即時(shí)通訊、突發(fā)事件報(bào)警等功能[5]。

4 結(jié)論

系統(tǒng)中的健康監(jiān)護(hù)儀具有操作容易簡單、體積小、便攜型、低功耗等特點(diǎn)。適合老年人使用。該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測老年人生理指標(biāo)和生命體征、對(duì)養(yǎng)老小區(qū)的老年人及時(shí)醫(yī)治和救助。本系統(tǒng)集成度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性良好、實(shí)時(shí)性強(qiáng)。優(yōu)化了報(bào)警精度，實(shí)用性強(qiáng)，是移動(dòng)醫(yī)療和遠(yuǎn)程醫(yī)療網(wǎng)絡(luò)的典型案例。