O2O模式下穿戴式健康监测系统的设计与实现

韩娜，廖晓斌，陈东伟，林汉威，唐能发，何伟明

（北京理工大学珠海学院，珠海519088）

O2O模式下穿戴式健康监测系统的设计与实现

韩娜，廖晓斌，陈东伟，林汉威，唐能发，何伟明

（北京理工大学珠海学院，珠海519088）

养老问题成为社会各界关心的焦点问题，随着以物联网为代表的高新技术的发展，智慧养老这一新兴养老方式被提出，并为人们所关注。可穿戴健康监测系统是智慧养老的一部分，主要目的是通过这个系统实时监测老人的生理特征，及时处理或者防范重大疾病的发生。可穿戴健康监测系统的主要功能是实时监测人体的血氧、脉搏、体温、呼吸速录、姿态、导电率等生理特征，并且通过数据传输使手机可以查看数据并进行管理。通过可穿戴设备健康监测系统为智慧养老的发展提供更好更真实的数据支持，使智慧养老体系更完善。

可穿戴；实时监测；数据传送

0 引言

目前，国内医疗管理体系并不是那么的完善，许多设备设施落后，不便利，不利于病人病情的检测和及时反馈。随着科技发展，可穿戴设备的不断普及与应用，给人们生活带来巨大的便利。智能可穿戴设备是将人“物联网化”的重要一环，也是大数据时代，除了手机外收集用户各项数据的重要终端。因此，可穿戴设备将来对医疗事业将发挥重要作用，由于可穿戴设备的轻巧方便，便于携带，随时采集病人生理信息，然后进行信息处理，客观地展示病人病情变化，对治疗有很大的帮助。

因此，想要基于Arduino平台的可穿戴设备实现生理特征的实时监测，传送后台再通过后台服务器进来数据管理和分析，为人体生理特征采集大量数据，以分析人的生理变化，做出及时的反馈和处理，为医疗事业做出贡献。

1 系统的框架

本项目整体是按照数据采集-数据分析-数据处理控制展示框架来实现，利用Microsoft Visual Studio 2012[3]开发工具，以C#为编程语言来搭建后台管理系统，系统架构为B/S，连接数据库。数据采集端是基于Arduino平台构建的可穿戴设备，利用传感器采集生理信息，通过后台服务器给的接口传输数据。管理平台获取数据后对其进行一系列的分析统计操作，最终以直方图、扇形统计图和视频[4]等方式展示，同时把数据推送到移动端，用户可以通过手机等移动端了解病人情况。系统框架如图1所示。

图1 系统框架图

2 设计流程

通过便携医疗设备与移动端Wi-Fi或者蓝牙互联检测采集人体体征数据。将采集到的数据上传至后台服务器和本地保存。

当系统获取到相应的数据时，将相关的数据保存到数据库并对其进行数据统计和分析，最终以统计图形的方式给用户展示。

系统整体框架流程图如下：

图2 系统主程序流程图

整个系统分三块，后台系统，护工App和家人App。后台系统是用C#搭建的B/S架构的平台，使用了mhealth框架，有多种接口，可支持App应用开发，搭建更加完善的系统。

3 系统实现

3.1 前端采集功能

本系统设计的可穿戴设备采用的是ATMEGA328P为主控芯片的Arduino开发板，利用电子健康传感器盾V2.0使各个传感器与Arduino连接，由传感器采集数据，Arduino进行数据处理，然后只要把传感器穿戴在身上就可以获得所需要的生理信息，整个可穿戴设备如图3所示。

图3 前端可穿戴设备

电子健康传感器盾V2.0允许Arduino通过使用10个不同的传感器执行身体监测的生物特征和医疗应用：脉搏，血氧（SPO2），气流（呼吸），体温，心电图（ECG），血糖仪，皮肤电反应（GSR-出汗），血压（血压计），患者位置（加速度计）和肌肉/电子传感器传感器（EMG）。

图4 电子健康传感器盾V2.0

该信息可以用于实时监测患者的状态或获得敏感数据，以便随后分析医学诊断。收集的生物特征信息可以使用Wi-Fi或者蓝牙无线发送。

可以将数据发送到后台服务器或者云平台，以便通过将数据直接发送到笔记本电脑或智能手机进行永久存储或实时可视化。

3.2 移动终端功能实现

根据不同的用户，登录手机端App后所显示的功能都不同，有护士端、家属端等，以下图5为例，这是一个登录界面，通过输入账号和密码，然后跟后台数据库比对，有该用户的信息而且密码正确，才能正确登录。图6为护工登录的主界面，护工的登录可查询老人的相关信息，并可对其进行相应的操作，如对老人的体征检测并录入等。所有的信息将和服务器系统进行挂钩，可上传数据和调用数据。

图7是特征信息录入的界面，然后打开右上角的二维码扫描器通过扫描病人二维码信息，然后就能通过后台查找到病人的相关信息并能显示出来，然后就是体征信息的录入，该功能是逐一录入，然后点保存就能通过网络上传到后台服务器。

图8则是体检报告的查询，也是通过在后台服务器上面获取体检报告的信息，打开以后就能看到每次体检系统上传的体检报告。

图5 登录界面

图6 主界面

图7 体征信息录入

图8 检查报告

3.3 后台服务器

以下是系统的展示界面。首先是系统登录界面，主要是让用户登入系统；然后是系统的登录后主页面，如图9所示。上面是导航栏，用于跳转血压、血氧检测界面的操作和个人信息等；右边则是对应模块的展示界面。

图9 系统展示界面

整个系统我们先做需求分析，然后按照需求分析设计数据库，数据库我们使用的是MySQL，然后创建表和表之间的关系，字段和类型，然后左边的菜单栏我们使用的是TreeView插件，使菜单以树形的形式展开，然后我们还使用免费的FineReport工具进行报表打印，整个后台系统完整清晰有条理，而且方便使用。

我们的后台除了数据管理以外，最终要的功能是数据处理和分析，目前系统已整合多种算法来深度挖掘数据，然后我们还设计了算法来模拟匹配，选择最优算法来挖掘数据，使我们的数据更有价值，使我们的平台走向大数据时代。后台主要功能是数据处理，分类，训练，模拟匹配，比较不同算法得到最优算法，从而得出一个更加准确的值，从而实现数据挖掘功能，提炼出更多有用的数据来参考。数据分类的准确率达到了86.19%。

图10是后台能数据录入后图形化显示，并以条形图、饼状图等图表直观的观察和了解老人的生理变化。并通过图形数据分析，推断出老人的生理状况，提早做出改善和疾病预防。除了身高、体重以外，还有各个时间段采集录入的血压、血糖、脉搏等重要生命特征信息，图形化显示能更好地反映了在某一时段内的生命特征变化，使数据研究更有价值和意义。

图10 图形显示

4 结语

可穿戴设备监测系统，采用目前流行的物联网技术及移动平台终端，使可穿戴设备实现精确的数据采集，快速的数据处理，并存储和显示客观信息，供用户参考，帮助用户实时了解自身的身体状况或者病情，以便及时求医，以防病情恶化。目前系统还可以拓展到社区等，不仅仅医院病人才能使用，社区居民居家也能受惠，整体提高人民的生活质量。

[1]邵丽萍，张后扬，郭春芳.网站编程技术实用教程（第一版）.清华大学出版社，2005.1.

[2]Daniel Cazzulino等C#Web应用程序入门经典[M]北京：清华大学出版社，2003.

[3]（澳）John BOXALL著.动手玩转Arduino.翁恺译.北京：人民邮电出版社，2014.1：204-210.

[4]王珊.《数据库系统概论》[M].高等教育出版社，2008.6

[5]陈吕洲.Arduino程序设计基础：北京航天航空出版社，2014：5-6

Design and Implementation of Wearable Health Monitoring System in O2O Mode

HAN Na，LIAO Xiao-bin，CHEN Dong-wei，LIN Han-wei，TANG Neng-fa，HE Wei-ming

（Beijing Institute of Technology，Zhuhai 519085）

Pension problem has become the focus of attention of all sectors of society,with the Internet of Things as the representative of the develop⁃ment of high-tech,intelligent pension this new way of raising old age,and for people's attention.Wearable health monitoring system is part of the wisdom of the elderly,the main purpose is through this system real-time monitoring of the physiological characteristics of the elderly, timely treatment or to prevent the occurrence of major diseases.The main function of the wearable health monitoring system is to monitor the physiological characteristics of blood,pulse,body temperature,breath speed,posture,and electrical conductivity of the human body in real time,and to enable the mobile phone to view the data and manage it through data transmission.Through the wearable equipment health monitoring system for the development of wisdom and pension to provide better and more real data support,so that the wisdom of the pen⁃sion system more perfect.

1007-1423（2017）21-0065-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2017.21.013

韩娜（1981-），女，助教，硕士研究生研究方向为算法设计、机器学习、移动互联网；廖晓斌（1994-），男，广东人，本科，研究方向为系统集成和开发、智能机器人、物联网工程应用；陈东伟（1982-），男，副教授，工学博士，博士后在站（广东兆邦智能科技有限公司），研究方向为脑网络信息学、类脑计算与智能机器人、物联网工程应用；林汉威（1994-），男，广东人，本科，研究方向为Web开发和应用该、物联网工程应用；

2017-04-10

2017-07-18

Wearable Equipment;Real-Time Monitoring;Data Transmission