基于物联网的老年人健康预警手环系统设计

白伟 张福玲

摘要： 利用技术成熟完善的物联网传感器，完成老年人可预警穿戴手环的硬件系统与软件系统设计。硬件系统系统有着较高的性价比，胜任各项功能监测与定位。软件系统能够采集传感器实时监测数据，建立完备的个人健康信息数据库包括体温、血压、血糖、心电图 心跳 睡眠、运动等，通过大数据、物联网与云计算进行数据保存与共享并进行简单处理与分析，真正实现智慧医疗，继而实现智慧生活、智能生活，提升老年人幸福生活指数。

Abstract： Use the IOT sensor network， to complete the elderly hand ring hardware system and software system design. Hardware system has a high cost performance， competent for the monitoring and positioning of the function. The software system can collect sensor real-time monitoring data， establish complete personal health information database including body temperature， blood pressure， blood glucose， electrocardiogram， sleep， movement. To complete the wisdom of medical care， and then realize the wisdom of life， intelligent life， enhance the well-being of the elderly living index.

关键词： 物联网；老年人健康；手环；系统设计

Key words： Internet of Things；elderly healthy；hand ring；system design

中图分类号：U116.2；F224 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）03-0099-02

0 引言

随着社会发展，老龄化己经成为了二十一世纪全球性问题。《中国统计年鉴2015》报告指出，2014年末，我国65岁上人口数量达1.38亿，占总人口比例10.1%。2015年到2020年为高速增长期，预计到2020年，我国老龄人口数量达2.5亿，占总人口17.6%，到2053年，中国老龄化人口将达到4.87亿[1]。人口红利将逐步消失，这也是国家放开二胎生育政策原因之一，老龄化社会势必影响国家长久政策。

国家卫计委最新统计数据显示，我国现有慢性疾病患者己经超过2.6亿，由慢性疾病导致的死亡占总死亡人数的85%左右。常见的慢性疾病主要有也脑血管疾病，糖尿病，慢性呼吸系统疾病等，慢性疾病的医疗费用通常比较昂贵，一旦发病，便会给家庭和社会带来沉重的经济负担。老年人往往是慢性疾病的高发人群，他们对医疗服务的需求明显高于中青年人，如果仅仅依靠医院或诊所对老年人和慢性疾病患者进行常规检查，既容易浪费医疗资源，又对患者身体健康不利。在这种情况下，实时动态体征生理参数监测一方面可使这些慢性疾病患者，随时随地了解自身身体状况，一旦某一重要体征生理参数出现异常可及时治疗，避免错过最佳治疗时机，不仅大大提高了康复的几率，更大大降低了医疗费用。另一方面，对于老年人健康养老，身体自查，预防慢性疾病发生也具有重要的作用[2]。

因此，如何方便、准确、低成本地实时监护老年人的身体健康状态而不限制他们正常的日常生活，对于提高老年人的生活质量和医疗保健水平具有十分重要的意义。但现有的健康监护系统在应用过程中还存在诸多不足。首先，传统健康监护系统的监测设备体积庞大，接线繁杂，一个功能模块产生功能故障可能会导致整个系统的崩溃。其次，传统的健康监护系统很大程度上限制了监测对象的移动，严重影响了监测对象的日常生活。再者，传统的健康监护系统柔性相对较低，监测对象无法自由选择使用监测系统中某一种或几种监测单元监测相应的生命体征，而且数据传输多为被动传输。最后，传统的健康监护系统中用户或者其家人无法通过移动终端，特别是智能手机实时了解用户的当前身体状态。因而传统的健康监护系统己经不适合现代家庭健康监护了，特别是对老年人和慢性疾病患者进行的长期动态实时监测[3]。

随着互联网通信以及物联网传感设备长足发展，远程医疗监护为老年人和慢性疾病患者提供了一种全新的医疗监护方式，它包含现代互联网信息技术和现代医疗技术，可为用户提供实时动态的医疗监控服务。

因此，文章提出了基于物联网的老年人健康可预警穿戴手环系统，通过该系统监测老人身体日常生理值，一旦出现问题，及时预警提醒老人与监护人，切实做好老人的人文关怀。系统应用模型如图1所示。

以上模型中的核心为预警手环，文章主要对该手环进行系统设计，解决上述矛盾。包含两大块：硬件系统设计与软件系统设计。

1 硬件系统设计

通过对老年人、医生、监护人的大量访谈与调查，手环必须实现以下功能：

①医生方面，需要老人心电图监测，心率监测，传输血压、血糖数据、睡眠监测等；

②老人方面，有运动管理、久坐提醒、用药提醒、喝水提醒，手环显示字体大、易于使用、一键SOS、收音机等；

③监护人方面，需要定位、电话、短信、跌倒预警等。

1.1 外观设计

外观屏幕为2英寸触摸屏，完全实现大字体显示，方便老人阅读并进行相应功能调用使用。侧边包含开机键与一键SOS功能实现紧急呼救，如图1中监护手环所示。

1.2 硬件核心设计

考虑到功耗及以上需求，硬件核心系统包含各类监测传感器、微处理器、电源模块、通信模块、其他模块等。

①传感器方面综合考量，采用合肥华科电子的HKD-10A+心电传感器与HKT-09A体温传感器。该心电传感器（电源3-6VDC、电流<0.5mA）为单导心电图采集模块，模拟信号输出，体积小，功耗小。HKT-09A体温传感器，支持在线温度校准，通过发指令操作上调或下调，温测量范围 25-50摄氏度，温测量精度0.1摄氏度。支持无线传输，通过开发包开发可与CPU处理器实现数据通信。腕带使用“阻抗”传感器和压力传感器进行无创血糖数据监测。为有效防止一个传感器异常引起整个系统的崩溃，大大减小传感节点体积方便用户穿戴，均采用Zigbee框架[4]，因此整个系统的可扩展性和柔性比较强。

②微处理器方面，考虑到使用功能以及处理速度采用联发科MTK6582，支持GSM＼WCDMA等多种网络制式，功耗低，实现GPS定位，蓝牙传输等。可安装Nano-SIM卡，实现通信与数据传输功能。

③电源模块方面，考虑到手环待机，故供电电池采用锂电池充电，参照2英寸屏幕占比，锂电池容量可在300-400mA左右，参照CPU、传感器、通信、数据传输等设备功率及损耗，可实现5天左右待机，连续通话6小时。

④跌倒报警模块，包含速度计、磁力计、陀螺仪等运动传感器等。

⑤其他模块方面有收音机模块，外观材质、腕带等。

2 软件系统

由于物联网的飞速发展，物联网传感器功能不断提升与体积的大大缩小，为可穿戴手环提供了强有力的硬件支持。软件方面，Android系统其开源性，市场占有率远远超过其他操作系统。故本系统采用Andriod平台进行软件开发。软件架构如图2所示。

开发软件为Eclipse，在安装Android开发平台前，首先安装Java 环境的JDK，建议选择版本Java SE 8.0 （1.8.0）。安装好 Java 环境后，安装Android Studio的开发套件，打开 Eclipse就可以进行APP开发。通过软件系统与物联网传感器形成可穿戴设备，测量人体的血压、体温、血糖、心电图、心律等健康指标，利用电话数据通讯，随时随地人体健康监测，数据可通过保存在云存储上，就医时能够方便医生调阅参考[5]。

软件系统开发应把握以下原则：

①界面简单。

由于使用对象为老年人，界面必须做到简洁，字体显示适中，适合翻阅。

②预警设置能够根据个人健康需求实现个性设置。

比如根据世界卫生组织的标准，成年人的正常血压是90/60-139/89，理想血压小于120/80，达到或超过140/90为高血压，130/85为高正常血压或临界高血压。而高血压老人会常年高于150，所以报警参数设置功能就是让用户根据自身的情况进行报警设置，提供人性化的服务。

③实时监测数据准确，数据传输快捷。

进入任意一个子模块，用户可以选择需要的历史数据，查看某一时间段平均测量值的曲线。例如心律、血糖、血压等。

④一键呼救SOS。应能够同时给多人发短信提醒，以免造成救援延迟。

⑤快速与准确定位。GPS定位的同时实现基站定位，使得常规误差不少于20米。

3 总结与展望

总之，在设计时，需要针对老年人的生理特征进行硬件、软件的综合设计，尤其注意老年人使用感受，以免造成使用困难。外观材质腕带方面也要考虑不同老年的需求，通过在肌肉感官、温度、颜色光泽等方面予以考虑，综合传递出柔和、温暖信息，增加老年人舒适度与满意度[6]。依靠成熟的物联网传感器通过软件进行数据收集，建立完备的个人健康信息数据库，一方面可以将用户信息保存在云端，解放预警手环的存储限制，另一方面可利用大数据和云计算，真正实现智慧医疗，为用户提供更丰富、更广泛的个人定制服务和智慧服务推送业务，继而实现智慧生活、智能生活，提升个人幸福指数。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家统计局.中国统计年鉴2015[M].中国统计出版社，2015.

[2]季晓莉.应对老龄化：医疗怎么结合[N].中国经济导报，2016-1-8（A03）.

[3]王林.基于无线体域网的远程健康监护及其应用决策方法的研究[D].华东理工大学，2016：1-4.

[4]Shahin Farahani.ZigBee Wireless Networks and Transceivers[M]. Newnes，2008.

[5]付强.基于Android的健康监测系统的设计与实现[D].吉林大学，2016：38-40.

[6]杨君仪，等.一种基于云计算的老年人健康监测系统设计[J].2016，04（37）：71-74.