智能穿戴設備的應用
——以適老化為例

朱俊杰 王 明 韋延愷

（沈陽化工大學機械與動力工程學院，遼寧 沈陽 110142）

隨著人們生活水平和醫學技術水平的提升，人平均期望壽命也持續增長，目前中國已經是世界上老人最多的大國。自一九九九年起，中國正式步入了人口老齡化國家，隨之而來的就是社會贍養壓力日益增大，而隨著中國人口基數的增加，社會贍養問題也開始越來越突出。在我國，“居家養老”是一種普遍認可的居家養老方式，不過隨著我國老齡化社會的快速發展，不管老年人還是兒童，中國傳統的家庭贍養觀念也正悄悄發生著變化。而由于人口老齡化以及家庭管理模式的改變，處理贍養問題已經成為很多家庭的頭等大事。

老年人智能穿戴設備產業鏈融合了智能養老產業和智能穿戴設備產業，具有兩個新興產業的競爭特征。智能可穿戴設備作為養老產業的重要組成部分，市場前景相對廣闊。幾千年的發展，我國的家庭倫理觀念已經形成，家庭中老一輩更加向往熱鬧的生活方式，喜歡居家養老。我國有95%以上的老年人不愿意在養老機構度中過晚年生活。城市老年人可以憑借物業養老和居家養老適化轉型，從而達到更加舒適的居家養老，而農村地區由于地理因素，過于偏僻或者交通不便，得不到完善的社區養老，老年人只能依靠家庭養老。家庭養老相對于居家為主、物業社區為輔養老模式，就顯得單一，較為局限，孩子們忙于工作，而且大多數老人都是獨居。因此，人們對可遠程實時監控的養老智能可穿戴設備的需求逐漸擴大[1]。

智能可穿戴設備是應用穿戴式技術對日常穿戴進行智能化設計并能傳輸交互信息的智能設備[2]，它可以利用傳感器、全球定位系統等信息傳感器，接入移動互聯網，實現人與物隨時隨地的信息交流[3]。

智能可穿戴設備能夠直接佩戴作為個人便攜電子產品，了解、記憶和分析生活特征，這大大提高了軟件支持的質量。

1 適老化智能穿戴設備

1.1 老年人可穿戴手表

針對老人可穿戴手表是用STM32F1 單片機開發的，采用多種編程和集成模塊。具有室內外定位、生理指標監測、墜落檢測、疫苗接種衛生代碼顯示、一卡通功能[4]。內外定位采用GPS 定位聯軸器，電磁干擾強，精度高。使用MKB 0803 模塊系統，對人體心臟搏動率、強壓、脈搏等進行監測，具有意外掉落警報功能，系統高度整合，具有穩定性。使用WD373 模塊檢測體溫、血壓、血糖、呼吸。對于墜落檢測，MPU6050 六軸加速度傳感器用于檢測加速度閾值[5]。智能穿戴手表可以實時跟蹤監測老人的血壓、心率、位置等信息，后臺將信息統籌計算上傳，同步在老人子女的手機APP 上，方便老人的子女以及護理端護理人員及時處理突發疾病。通過監測父母的智能穿戴手表的輔助，子女們可以更加快速簡潔地了解父母情緒的變化，從而增強父母與孩子之間的情感[6]。

1.2 離床警報器

為經常平臥的老年人設計，以超低耗微處理器、IMS-C15A 薄膜壓力感應器與信號轉換器、GPRS 模塊等構成的微型壓力檢測系統，在老年人因意外離床時會傳遞報警訊息至云平臺，并發出警報聲。報警終端通過無線技術發送給計算機系統及定制手環；定制手環由護理人員佩戴在手腕上，在接收到報警終端的離床信息時，手環會產生自動提醒護理人員，用于提醒護理人員老人離床以便給予及時攙扶[7]。報警終端還將離床信息發送至老人子女手機端，子女可通過老年人居家養老輔助攝像頭查看老人當前狀態。

1.3 衛星導航鞋

英國設計師多米尼克·威爾考克斯研制開發的衛星導航鞋名叫“No Place Like Home”（何處是家園），無論主人身在全球的什么角落，都能夠引導它到達目的地；左腳鞋子的鞋頭有一圈LED 指示燈，外形就像是一種指南針，可以指明最準確的方位。右鞋鞋頭也有一個LED 指示燈，能夠表明當前位置以及離目的地的距離遠近[8]。信息同步至手機APP 客戶端，完成了對佩戴者的信息化、智能化的遠程實時監護。現今患有老年癡呆癥的老年人人數逐漸增多，常常會發生老年人找不到家的情況，子女只需將居住地點設為最終目的地，當家里老人出門之后，導航鞋就可指引老人回家，同時也可方便路人或護理人員幫助老人回家。

1.4 老年智能服裝

老年智能服裝是各種學科的組合，涉及電子信息、材料、紡織品和其他相關學科。主要是通過智能纖維、傳感器和物聯網實現老年人的智能可穿戴服裝。智能纖維可以在外部環境變化和響應外，使用智能纖維進入衣服，以在保持紡織特性的情況下實現商定的智能。在服裝中植入生物醫學傳感器或者運動傳感器，制成能夠監測人體生理數據和運動狀態的智能可穿戴服裝。物聯網技術與服裝結合，可以實現智能化識別、定位、監管等功能[9]。老年智能服裝具有健康監測功能，對于老年人來說，可以預防老年慢性疾病，健康監測老年人智能穿戴服裝開發傳感器將數據能力嵌入服裝中，實現對老人日常生活中身體各方面要素的實時監測與預警，并通過信息處理模塊進行分析。老年智能服裝采用4D 打印技術，技術成本較高，現需降低技術成本，提高產品的生產效率，從而降低售價，以此來推動老年智能服裝的可持續發展。

1.5 智能穿戴導盲腰帶

智能穿戴導盲腰帶是一種基于超聲波測距且可定位的導盲輔助產品，擁有超聲波測距、語言提示與可定位系統設計，可以很好地幫助老年實力弱化者的生活出行，同時也可適用于視力障礙盲人；智能穿戴導盲腰帶可以分為6 個模塊：主設備控制模塊、測距模塊、語言模塊、北斗定位模塊、通信模塊及電路系統；以STC89C52 處理器為核心，利用超聲波傳感器對前方所經過路面情況進行實時障礙檢測；當有障礙物即將進入系統所設定的監測警報范圍，將通過語言模塊對佩戴擴音耳機的視力弱化老人進行障礙物的信息警告提示；系統嵌入GPS 精準定位功能，通過通信模塊實時發送GPS 定位信息至老人子女與護理人員的后臺信息交互設備，實現智能導盲作用[10]。

2 適用于智能穿戴設備的情緒監測系統

情緒監控系統以物聯網的4 層基礎架構模式為中心，設計系統架構如圖1 所示。該系統包括智能設備、直鏈傳輸網絡、云服務器和移動客戶端。

圖1 情緒檢測系統架構分析

2.1 直鏈傳輸網絡

移動客戶端和智能設備可以同時實現無線網絡、UMTS/GSM/4G/5G 等直鏈傳輸網絡，與云服務器對應的模塊進行通信。云服務器將處理和存儲收集的生理數據，并傳輸給移動客戶端。

2.2 云服務器端

云服務器端（ECS）所具有的主要功能有首次信息數據處理、情感識別、建模和數據存儲傳輸。云服務器在客戶端首次上傳的數據進行首次處理后，輸入鑒定算法進行鑒定，存儲相關信息，將分類結果發送給移動客戶端。

2.3 移動客戶端

移動客戶端具有2 種模塊：護理員端與老年人端；老年人端也可稱為老人端，老人端主要有3個功能模塊：自我現狀評估、情緒放松和近期記錄。自我現狀評估模塊收集對老年人身體和心理狀態的自我評估；SAMA模塊創建報告的老年人的情緒狀態和情緒類型；情緒放松模塊向老年人傳達有關情緒緩解的短文、和日常健康生活小常識，并與護理人員的情緒干預互相輔助來解決老年人因環境等各種因素所產生的負面情緒；記錄模塊通過查詢老年人在不同時期的周期性情緒圖，讓老年人能夠自主地舒緩負面情緒，從而讓老年人產生愉快記憶，達到自我放松的境界[11]。

護理人員客戶端的主要功能是幫助醫護人員洞悉該地區老年人的情緒境況，收集該地區老年人的日常生活數據。護理對象主要有三個功能模塊：情緒組、常規數據分析上傳和情緒干涉。情緒組功能模塊要根據情緒屬性的類別參照，分析表明轄區內老年人的情緒境況；常規數據上傳模塊用以上傳老年人的日常強身健體、集體文娛活動等信息內容：情緒干涉模塊是管理系統中老年人與護理人員的溝通交流的便捷通道[12]。護理人員可在操作系統中對老人進行護理后隨訪登記，快速了解老人護理后情感變化情況，對護理后的心理康復情況進行記錄。老人子女也可以使用外部客戶端與主管護理員對治療后的情況進行溝通，從而隨時調整治療、康復方案。在此模塊下，護理部門可以查詢已完成的情緒干預，給予更多的心理照顧，或選擇主動提供上門服務來照顧老人。

3 結論

隨著時代的發展，在政府政策的影響下，人們會將更多的注意力放在養老市場上；在科技發達的時代，適老化智能穿戴設備的需求會越來越大。

本文將以物聯網四層基礎結構模型為中心研究的老人情緒監測體系和智慧手環等智能穿戴設備嵌入合作中，成為智能養老系統的關鍵部分。云服務器端即時掌握了老人的情緒狀況，并分析老年人心理健康狀況，同時將所存儲信息發送到手機客戶端，養老服務平臺的護理人員就可進行有效服務，進一步提高了養老服務效率。本文列舉了幾種智能穿戴設備的工作原理與結構組成，但現今智能穿戴設備在養老方面的應用仍有未涉及的層面。只有不斷獲取老年人的養老需求、積極科技創新，制造出適合老年人多樣化需求的智能穿戴設備，不斷規范養老穿戴設備的行業準則，完善現有設備的功能不足之處，才可以逐步地緩解社會養老壓力，提高制造設備產業的創新能力，促進產業的轉型升級。