智能应急呼救系统

陈士奇

研究背景

中国现处于快速老龄化阶段，预计到2050年左右，老年人口将达到全国人口的三分之一，这是一个非常庞大的社会团体。老年人中常见的脑血管疾病、恶性肿瘤、心脏病、糖尿病、高血压等疾病，在平时的生活中因饮酒过量、体位变化、情绪变化、剧烈疼痛等因素极易引发晕厥。老人在外因突发疾病无及时急救而未能挽救生命的案例比比皆是。这背后反映了社会的相关产业未能跟进式发展，仍存在短板，缺少相关配套的解决方案。老年人在外安全已成为严峻的社会问题。随着信息化时代的到来，可穿戴设备和互联网技术成为当今发展的主流方向。万物互联改变人类生活方式，物联网设备也逐步走向轻量化、自动化和智能化。基于以上情况，我研发了智能应急呼救系统（图1），目的是让系统智能判断老年人是否出现身体异常，如发生异常情况系统可自动向120和监护人电话报警，并发送GPS定位信息，让患者在第一时间获得救助，从而挽救生命。

基本思路

人体最基本的生命体征是体温、脉搏、呼吸和血壓。脉搏反映了心率，而心率在判断一个人是否健康时尤为重要，我开发的系统以单片机为主控芯片，心率数据。

通过心率传感器采集心率变化数据。正常成年人的心率在60?90次/分钟，剧烈运动时可以达到100次/分钟，老年人心率比正常成年人略高。我听从父亲医院相关专家建议，在设备中分别把每分钟低于45次和每分钟高于120次的心率设为异常心率。

在使用过程中，当使用者心率不正常或突发昏迷摔倒时，手环可把监测到的数据通过蓝牙传至A手机伴侣，A手机（4G手机）主要实现通讯、定位功能，并判断佩戴者是否体位异常（是否摔倒）。如A手机发现异常情况，可自动向B客户端（监护人手机）和C客户端（120电话和120服务器管理端）拨打电话报警，同时语音和短信告知自己的实际位置。本系统具有功能完善、扩展性高、全方位可穿戴智能应急呼救功能。

设计方案

功能设计

实时监测人体心率数据。

实时判断人体体位。

智能判断并拨打语音电话、发短信求救，可报告患者的实时位置。

手动一键报警求救。

B/C客户端可以主动查询佩戴该设备的使用者所在位置、运行轨迹及心率数据。

可导航到使用者求救的位置。

方便与现有120救护系统整合拓展。

结构设计

A端（4G手机）包括蜂鸣器、心率传感器插座、Arduino 2560模块、TTS语音模块、2个蓝牙模块、电池、扬声器、外壳、开关、USB充电接口。B端（手环）包括蓝牙模块、Lin智能模块小板、心率传感器、电池、开关、USB充电口、手环外壳。

电路设计

A端和B端的电路设计见图2和图3。

界面设计

界面设计包括LOGO、启动界面、

应用时的界面（图4）等。

程序设计

A端（使用端）：Arduino程序设计，实现心跳数据采集、语音合成模块发音、蜂鸣器发声、串口蓝牙通讯功能。

B端（手机客户端）：数据采集手机客户端APP程序设计实现人体姿态检测、GPS定位、蓝牙通讯、4G网络通讯功能;智能应急呼救系统手机客户端APP程序设计实现GPS定位、数据查询、导航、医院通知查询、4G网络通讯功能。

C端（120服务器管理端）：程序设计实现数据储存、GPS定位、数据查询、导航、医院通知发送、4G网络通讯功能。

创新点

多客户跨平台，全自动智能监测人体健康状态，出现心率异常、佩戴者摔倒等危险状况需要救助时，系统自动定位报警，及时挽救生命。

跨平台APP开发，将腾讯地图和GPS结合，实现实时定位、导航，把被监护人的位置和手环心率数据（A端）利用4G物联网远程实时显示在监护人手机客户端（B端）和120的电脑或手机客户端（C端）。方便120及监护人利用定位、导航系统及时赶往现场，加以救护。

跨平台APP开发，Arduino 2560采集到的心率数据和手机传感器采集的体位摔倒数据，可通过蓝牙传递给A端。A端智能判断，并分别向监护人手机客户端（B端）和120的电脑或手机客户端（C端）自动拨打由TTS合成的语音电话，并发送手机短信，告知120及监护人患者出事的位置，方便患者得到及时救护。

利用Arduino 2560板将信息采集、TTS语音、蓝牙通讯、充电、复位多种功能集一体的DIY硬件，包括电池、喇叭、主控板、传感器、压电陶瓷蜂鸣片、各种开关接口，安装在比手机还小的超薄盒子里与手机套紧密结合，与手机成为伴侣关系，可分可合，方便自如，不影响手机功能。

将蓝牙通讯、4G网络、物联网、可穿戴结合，实时监测数据，软硬件结合，发现危险行为不需人为操作，智能主动报警，具有一定的实际应用意义和社会意义。

小结

智能应急呼救系统实现了设计的功能需求，当佩戴者发生心率异常或摔倒等危险状况需要救助时，系统自动定位报警，可使患者第一时间得到救助。系统的不足之处是采集人体数据太少（如体温、血氧、呼吸等），系统有多客户演示功能，但没有做到多客户系统应用，这些问题可在后续研究时改进。

该项目获得第33届全国青少年科技创新大赛创新成果竞赛项目中学组计算机科学一等奖。

专家评语

项目来源于实际生活，实地取材。手机端及云端设计均有考虑，系统成熟度较高。