基于物聯(lián)網的家庭健康系統(tǒng)的設計與實現

程慧君 蘇子荷 許慧

摘要：2020年新冠疫情爆發(fā)以來，居家隔離成為了防疫的重要方式，人民群眾對家庭健康的需求也日益增長。本文主要研究與設計智慧家庭健康系統(tǒng)，借助智能傳感器和各種基礎醫(yī)療設備檢測健康數據，用戶可以實時掌握自己的健康情況，采取對應措施治理或預防。從預防疾病、提倡健康生活方式出發(fā)，為廣大家庭用戶提供便捷的健康生活入口。

關鍵詞：智慧家庭;無線通信;健康管理;移動醫(yī)療

新冠肺炎疫情來勢洶洶，在家隔離是阻礙病毒傳播的重要方法。但從體質健康方面來說，在家隔離會使人們的活動范圍變小，不能得到有效鍛煉，飲食單一、容易有心理壓力。同時，由于不能去醫(yī)院，身體健康體檢無法正常進行。在這種情況下，人們對居家健康管理的需求大大增加。本文主要研究與設計基于物聯(lián)網的家庭健康系統(tǒng)，集本地醫(yī)療設備、云服務器、智能終端于一體，為家庭成員提供身體檢測、疾病預防、健康生活方式等低成本、高效益的服務，提高家庭生活質量。

1 總體設計方案

家庭健康系統(tǒng)總體框架主要由各種基礎檢測設備、智能終端和云服務器組成。家庭健康系統(tǒng)的主要思想是綜合血壓儀、體脂秤和血糖儀等醫(yī)療設備于一體，通過這些基礎檢測設備檢測人體指標，得到人體健康數據，再通過網關轉發(fā)數據并保存到健康云服務器數據庫中，服務器軟件將數據展示在平臺上并通過大數據處理分析后反饋給用戶。家庭用戶通過登錄智能終端，可以實時了解用戶的血壓、體脂和血糖的變化趨勢，及時針對用戶身體狀況制定相應的治療措施。家庭健康系統(tǒng)要求能隨時接受用戶的生理信號（體溫、體重、血壓等），記錄以及顯示用戶檢測的數據到智能終端設備上，當用戶的生理測量數據超越規(guī)定的安全范圍時，會向用戶提示注意事項以及解決措施，此外，用戶能隨時使用智能終端設備查看歷史記錄。

2、功能模塊

基礎檢測設備包括健康一體機、血壓儀、血糖儀、體脂秤等。其中健康一體機能夠采集個人的心電指數、血壓數據、體溫等數據，一體機還有Wifi和藍牙模塊，能夠將采集到的數據通過Wifi上傳到服務器。血糖通過市場上購買的具有無線傳輸功能的血糖儀采集，數據通過網關上傳到服務器。經過身份識別卡或身份證、醫(yī)保卡等進行本人的身份識別，本人通過刷卡確認身份后，所測量的數據自動與該家庭用戶綁定。

定位功能，綁定定位終端通過定位系統(tǒng)來實現某個家庭成員的實時定位信息，一段時間內的運動軌跡。還可以設定電子圍欄，使家庭成員在一定范圍內活動，超出活動區(qū)域，能夠及時報警。終端管理，在這里為家庭成員綁定終端設備，使設備產生的數據能夠與系統(tǒng)對接。體檢信息管理，在這里添加兒童的信息，包括體重、體溫等的信息。健康監(jiān)控管理，接入健康一體機，刷卡建立兒童健康的信息，測量健康各項數據。統(tǒng)計界面顯示每個兒童的健康監(jiān)控界面。健康參數管理，在這里對健康項目的基礎值進行設置，這樣系統(tǒng)會自動將兒童體檢的實際數值與基礎值進行比較，如果超出這個范圍，系統(tǒng)會對該兒童的該項體檢項目進行預警，在平臺和app會顯示預警信息詳情，以提醒家庭用戶等及時關注兒童的身體健康。健康預警管理，這里是兒童的健康數值超出安全范圍時，自動對兒童的健康信息進行預警。

智能終端，在這為家庭用戶綁定終端設備，使設備產生的數據能夠與系統(tǒng)對接。智能手機可以與云服務器進行交互，顯示、處理云服務器轉發(fā)的數據。用戶不在家中時，可以智能手機來訪問云服務器查看用戶的歷史記錄。智能手機軟件架構包含信息管理單元，數據處理單元，通信單元三部分。

實時報警、持續(xù)監(jiān)測：智能應用終端能對穿戴式設備測量的數據實時顯示，對異常數據能及時報警。當智能穿戴式設備開啟監(jiān)控模式時，智能終端設備應用能一直處在工作狀態(tài)。要求系統(tǒng)對采集的數據實時傳輸、分析、判斷并做出響應。

3、軟件設計

智能設備接口，包含GPS定位接口、醫(yī)療設備接、穿戴設備接口等，主要處理與系統(tǒng)對接的體征檢測設備、定位設備的數據通信方式和數據格式。通過Serial port控件來讀取串口信息，顯示在客戶端的界面上，并通過因特網發(fā)送家庭健康服務系統(tǒng)。用戶桌面系統(tǒng)，包括子女桌面子系統(tǒng)、管理人員桌面子系統(tǒng)、醫(yī)生桌面子系統(tǒng)等，實現不同的用戶角色擁有不同的權限，對不同的數據進行處理。移動端應用層，包括被檢測人員 APP、家庭成員APP、管理APP等。應用系統(tǒng)層，包括健康監(jiān)測、家庭成員關愛、監(jiān)測設備管理模塊等。基礎組件服務層，包括地理信息系統(tǒng)、數據中心、即時通信服務、短信服務等。系統(tǒng)軟件層，包括使用的操作系統(tǒng)、數據庫、IT基礎設備等。系統(tǒng)安全服務，包括認證授權、應用層安全、數據息安全、系統(tǒng)的安全及網絡安全等。

智能手機有2種通信模式。一種是當智能手機和智能網絡機頂盒處于同一網絡時，它通過和智能網絡機頂盒建立 TCP 連接，來獲取智能網絡機頂盒傳輸的數據;另一種是當智能手機處于離線模式，即不與智能網絡機頂盒處于同一家庭網絡時，它通過和云端服務器建立 TCP 連接，來查詢用戶測量的歷史數據。下面就這兩種模式分別展開說明。

（1）智能手機與智能網絡機頂盒建立連接

智能網絡機頂盒通過2.4GHz無線通信技術接收智能穿戴式設備測量的生理參數。當智能手機與智能網絡機頂盒建立連接時，機頂盒作為中轉站，將接收的智能穿戴式設備的數據轉發(fā)給智能手機，用戶可以同時在機頂盒和手機上對數據進行操作處理。智能手機與智能機頂盒建立正常連接流程有如下幾個步驟。

第一步，智能手機啟動應用，獲取設備的IMEI號和型號，啟動UDP服務，來獲取智能網絡機頂盒通過UDP廣播的IP地址和端口。第二步，智能手機收到UDP數據包，通過數據解析，得到智能網絡機頂盒的IP地址和端口，與智能網絡機頂盒進行TCP連接。第三步，建立完成TCP連接，智能手機發(fā)送設備IMEI號和型號給機頂盒，機頂盒允許智能手機接入。第四步，智能手機啟動接收線程，接收智能網絡機頂盒傳輸的數據。第五步，智能手機同步機頂盒用戶信息以及用戶的歷史記錄到本地數據庫中。

2）智能手機與云服務器建立連接

當智能手機連接不上機頂盒時，智能手機可以通過GPRS和Wi-Fi遠程連接云服務器來查看智能穿戴式設備測量的生理數據。用戶可以查看自身和家人的生理健康狀況，隨時掌握健康信息。用戶首次使用健康家庭手機應用時不能直接與云端端服器連接，必須與智能網絡機頂盒連接后才能使用遠程服務功能。原因是智能手機必須從智能網絡機頂盒獲取機頂盒唯一ID編號并保存在本地數據庫中，之后智能手機才能通過機頂盒ID編號來遠程訪問云服務器來獲取家庭成員的測量記錄。

4、總體分析

本論文的家庭健康系統(tǒng)是一種基于藍牙通信技術的監(jiān)護系統(tǒng)。用戶通過它來實時監(jiān)測自身的身體健康狀況，達到健康生活的目的。家庭健康系統(tǒng)要真正的上線投入使用，還需進行優(yōu)化和改進。系統(tǒng)傳感器采集生理數據單一，只現實了體重、身高、體溫生理參數的采集。需要加入多種傳感器，全面采集用戶的生理參數，以便于醫(yī)院分析和治療。家庭健康系統(tǒng)中云服務器穩(wěn)定性測試。在實際使用中，需要保證服務器24小時穩(wěn)定的運轉。這就需要對服務器基于不同環(huán)境下進行測試，以發(fā)現其性能漏洞。平臺開發(fā)技術還不成熟，未能廣泛的普及使用。但隨著技術和工具的不斷更新，平臺開發(fā)技術必定會逐步完善。

5、結束語

本文設計與構思智慧家庭健康系統(tǒng)，利用多種傳感器設備采集用戶健康指標，通過手機服務平臺來接收、處理測量數據并將數據上傳至云服務器存儲。該系統(tǒng)能對收集到的體檢指標數據進行解決和加工，使用戶能夠了解包括其家屬的個人健康情況分析數據，同時醫(yī)務人員也可以依據這些分析數據來對居民進行更加精確的治療措施。該服務平臺提供統(tǒng)一標準的數據接口便于為其它第三方平臺進行數據獲取，同時支持從第三方系統(tǒng)接口處進行數據抽取，起到了數據共享作用。

參考文獻

[1]汪悅，管弋銘，李夢蓉，許冬燕，朱曉榮.基于物聯(lián)網的智慧家庭健康醫(yī)療系統(tǒng)[J].光通信研究，2018（01）：56-60.

[2]徐鴻，石文鵬，張蕊，張晏榕，馬冀圓.面向家庭防疫的智慧家庭健康場景規(guī)劃[J].家電科技，2020（02）：24-27+67.

[3]胡海峰.智慧家庭健康服務系統(tǒng)的研究[J].科技視界，2018（26）：100-102.

項目名稱：基于大數據+AI的智慧家庭健康儀研究與設計（編號：S202010378141）

安徽財經大學 安徽蚌埠 233030