基于物联网的养老小区监护系统的研究＊

郭文会，张 莹

（兰州理工大学技术工程学院，甘肃 兰州 730050）

中国老年人的身体健康不容乐观。根据对全国老年人的健康水平调查，只有20%～25%的老年人主要器官处于健康状态。糖尿病、高血糖症、慢性炎性支气管炎、肺水肿和类风湿关节炎是老年人患病率高的急性疾病。根据中国城市中老年保健服务机构的调查，老年人看病率略高于其他年龄人群，住院手术率也明显高于其他年龄人群。

目前，中国老年人患者很多，医生相对较少，去医院治病比较困难，费用也很高。当前的大多数监视和测试仪器都基于标准台式计算机，具有成本高，体积大和不灵活的特点。而且，它们大多数是国外产品，设备的成本相对较高，只能在大型医疗卫生机构进行使用，不能完全满足老年人个体和家庭的潜在医疗需求[1]。而内置智能应用程序的健康监控系统，可以更有效地解决当前问题。本系统开发成本低，体积小，重量轻，非常方便灵活。可以实现家庭与社区医疗卫生机构共同对养老小区的老年人身体进行实时监测。它还具有很强的实用价值和现实意义，能带来很高的经济效益[2]。

1 总体设计结构

1.1 系统体系结构

系统分为六大部分：分别为老年人自身携带的健康监护仪，4G 网络，互联网、服务器、养老小区值班人员上位PC 机,手机APP。如图1 所示。

1.2 功能特点

图1 系统总体结构

该系统的主要功能包括检测老年人生理参数和生命体征。医务人员可以通过网络远程通信判断被监测人员的身体状况，早日发现老年人的慢性病，还能及时治愈老年人的突发疾病。它具有十分先进的实时数据采集方法和非常灵活的网络重组功能。

2 功能模块设计

2.1 健康监护仪

健康监护仪的原理是使用各种传感器，这些传感器连续监测老年人的生理参数。还可以实现对老年人的生命体征实时监测，运用GPS＋4G 网络技术完成老人的精确定位，利用4 G 技术实现实时传输老年人身体状况信息，由专业医务人员对综合数据进行完整的统计判断和及时的反馈与救助服务，并努力实现监护系统全面的智能化，实现老年人健康家庭监控和紧急救援以及语音消息警报和数据存储智能化。

由心电信号采集电路、心音信号调理电路、体温信号调理电路、脉搏信号调理电路、血压信号调理电路、老人看护电路组成一台完整的健康监护仪，如图2 所示。

图2 健康监护仪硬件组成

2.1.1 心电信号采集电路

在人体心脏各个部位的激发过程中，有内部规则的信号转换。信号转换的电位变化会及时记录为调用函数。记录调用函数变化的曲线称为心电图。该电路通过前端放大，高通滤波器控制电路，次级放大电路连接和二阶低通滤波器电路元件，双T 有源陷波滤波器和电平提升电路来收集老年人的心脏电信号。

2.1.2 心音信号调理电路

心音是指由心肌收缩，心脏瓣膜关闭和血液冲击引起的振动产生的声音。该声音通过心音换能器转换为相应的电信号，称为心音图。心音换能器用于有效提取和处理心音信号，放大和滤除无关噪声和环境噪声，可以输出清晰稳定的心音信号[3]。

2.1.3 体温信号调理电路

正常人的平均直肠温度为37.3℃。选择AD590作为温度传感器。AD590 是美国模拟器公司生产的单芯片集成温度感测电流源。流经该设备的电流等于设备环境的热力学温度。AD590 的温度范围为-55℃～150℃。电源电压范围为4v～30v，测量精度高。

2.1.4 脉搏信号调理电路

脉搏波是以心跳为足够动力的血管内传导通路引起的体积变化和振动的一种常见现象。它还可以反映人体血管和血管内系统的重要功能，包括体液代谢的重要功能。指套式光电技术传感器采用光电技术三极管采集脉搏信号。

2.1.5 血压信号调理电路

MPS2100 压力传感器用于测量血压压力值。MPS2100 半导体压力传感器是专门为血压检测而设计的。它可以将压力转换为具有良好线性度的毫伏级差模电压信号。输出电压与施加的压力精确成比例。

2.1.6 老人看护电路

老人看护电路可对老年人行动姿态进行实时监测，实现对老年人的准确定位。该电路以MPU6050六轴运动组件对老年人姿态进行检测，通过GPS+4G 网络对老年人进行双定位，同时拥有录音模块与语音模块，即老年人遇突发情况，自主开启录音模式，记录事发现场状况，语言模块给出请求帮助信息，并提醒施救者已开启录音，可以放心救助。

老人看护电路通过解算陀螺仪和加速度计的信息完成对老年人行动姿态的判断。系统分为主控芯片、姿态检测、全球定位以及电源等模块。姿态检测模块核心为MPU6050 六轴运动组件，给出三轴加速度与角速度信息，并应用PID 算法完成对数据的处理，实现对老年人行动姿态的精确判断；定位选用GPS+4G 网络，使得定位更精准。

2.2 4G 网络及网关

4G 网络是第四代手机移动网络通信的基本标准和核心技术。4G 融合了3G 和混音技术，可以采集各种彩色图像数据。4G 直接下载数据传输速率不低于100Mbps，是目前新建家庭光纤宽带联通宽带的25 倍，完全可以满足几乎现有用户对通信业务的市场需求，网关是连接4G 网络和互联网之间的边界设备。它在这一体系中起着重要的桥梁建设作用。网关接收到老年人生理指标和生命体征等数据后，首先对综合数据包进行分析和处理，然后将处理后的信息发送给养老小区值班人员的上位PC 机，并将数据存储到服务器的数据库。

2.3 上位PC 机及手机App

养老小区值班人员上位PC 机，安装了专用的监护系统软件，软件采用良好的人机交换窗口。具有实时显示采集数据、智能判断、及时报警和数据统计等多种功能[4]。

手机App 具有养老小区值班人员上位PC 机相似的基本功能，可随时随地查询养老小区老年人的生理指标和生命体征，对突发事件及时报警。其可移动性的特点为养老小区的老年人监护带来了极大的便利。

3 服务器管理软件

用目前最流行的Windows 平台应用程序开发环境visual studio，采用visual C++进行基于物联网的养老小区监护系统的研制。具有数据采集、智能诊断、即时通讯、突发事件报警等功能[5]。

4 结论

系统中的健康监护仪具有操作容易简单、体积小、便携型、低功耗等特点。适合老年人使用。该系统可以实时监测老年人生理指标和生命体征、对养老小区的老年人及时医治和救助。本系统集成度高、动态响应特性良好、实时性强。优化了报警精度，实用性强，是移动医疗和远程医疗网络的典型案例。