基于物联网的家庭健康系统的设计与实现

程慧君 苏子荷 许慧

摘要：2020年新冠疫情爆发以来，居家隔离成为了防疫的重要方式，人民群众对家庭健康的需求也日益增长。本文主要研究与设计智慧家庭健康系统，借助智能传感器和各种基础医疗设备检测健康数据，用户可以实时掌握自己的健康情况，采取对应措施治理或预防。从预防疾病、提倡健康生活方式出发，为广大家庭用户提供便捷的健康生活入口。

关键词：智慧家庭;无线通信;健康管理;移动医疗

新冠肺炎疫情来势汹汹，在家隔离是阻碍病毒传播的重要方法。但从体质健康方面来说，在家隔离会使人们的活动范围变小，不能得到有效锻炼，饮食单一、容易有心理压力。同时，由于不能去医院，身体健康体检无法正常进行。在这种情况下，人们对居家健康管理的需求大大增加。本文主要研究与设计基于物联网的家庭健康系统，集本地医疗设备、云服务器、智能终端于一体，为家庭成员提供身体检测、疾病预防、健康生活方式等低成本、高效益的服务，提高家庭生活质量。

1 总体设计方案

家庭健康系统总体框架主要由各种基础检测设备、智能终端和云服务器组成。家庭健康系统的主要思想是综合血压仪、体脂秤和血糖仪等医疗设备于一体，通过这些基础检测设备检测人体指标，得到人体健康数据，再通过网关转发数据并保存到健康云服务器数据库中，服务器软件将数据展示在平台上并通过大数据处理分析后反馈给用户。家庭用户通过登录智能终端，可以实时了解用户的血压、体脂和血糖的变化趋势，及时针对用户身体状况制定相应的治疗措施。家庭健康系统要求能随时接受用户的生理信号（体温、体重、血压等），记录以及显示用户检测的数据到智能终端设备上，当用户的生理测量数据超越规定的安全范围时，会向用户提示注意事项以及解决措施，此外，用户能随时使用智能终端设备查看历史记录。

2、功能模块

基础检测设备包括健康一体机、血压仪、血糖仪、体脂秤等。其中健康一体机能够采集个人的心电指数、血压数据、体温等数据，一体机还有Wifi和蓝牙模块，能够将采集到的数据通过Wifi上传到服务器。血糖通过市场上购买的具有无线传输功能的血糖仪采集，数据通过网关上传到服务器。经过身份识别卡或身份证、医保卡等进行本人的身份识别，本人通过刷卡确认身份后，所测量的数据自动与该家庭用户绑定。

定位功能，绑定定位终端通过定位系统来实现某个家庭成员的实时定位信息，一段时间内的运动轨迹。还可以设定电子围栏，使家庭成员在一定范围内活动，超出活动区域，能够及时报警。终端管理，在这里为家庭成员绑定终端设备，使设备产生的数据能够与系统对接。体检信息管理，在这里添加儿童的信息，包括体重、体温等的信息。健康监控管理，接入健康一体机，刷卡建立儿童健康的信息，测量健康各项数据。统计界面显示每个儿童的健康监控界面。健康参数管理，在这里对健康项目的基础值进行设置，这样系统会自动将儿童体检的实际数值与基础值进行比较，如果超出这个范围，系统会对该儿童的该项体检项目进行预警，在平台和app会显示预警信息详情，以提醒家庭用户等及时关注儿童的身体健康。健康预警管理，这里是儿童的健康数值超出安全范围时，自动对儿童的健康信息进行预警。

智能终端，在这为家庭用户绑定终端设备，使设备产生的数据能够与系统对接。智能手机可以与云服务器进行交互，显示、处理云服务器转发的数据。用户不在家中时，可以智能手机来访问云服务器查看用户的历史记录。智能手机软件架构包含信息管理单元，数据处理单元，通信单元三部分。

实时报警、持续监测：智能应用终端能对穿戴式设备测量的数据实时显示，对异常数据能及时报警。当智能穿戴式设备开启监控模式时，智能终端设备应用能一直处在工作状态。要求系统对采集的数据实时传输、分析、判断并做出响应。

3、软件设计

智能设备接口，包含GPS定位接口、医疗设备接、穿戴设备接口等，主要处理与系统对接的体征检测设备、定位设备的数据通信方式和数据格式。通过Serial port控件来读取串口信息，显示在客户端的界面上，并通过因特网发送家庭健康服务系统。用户桌面系统，包括子女桌面子系统、管理人员桌面子系统、医生桌面子系统等，实现不同的用户角色拥有不同的权限，对不同的数据进行处理。移动端应用层，包括被检测人员 APP、家庭成员APP、管理APP等。应用系统层，包括健康监测、家庭成员关爱、监测设备管理模块等。基础组件服务层，包括地理信息系统、数据中心、即时通信服务、短信服务等。系统软件层，包括使用的操作系统、数据库、IT基础设备等。系统安全服务，包括认证授权、应用层安全、数据息安全、系统的安全及网络安全等。

智能手机有2种通信模式。一种是当智能手机和智能网络机顶盒处于同一网络时，它通过和智能网络机顶盒建立 TCP 连接，来获取智能网络机顶盒传输的数据;另一种是当智能手机处于离线模式，即不与智能网络机顶盒处于同一家庭网络时，它通过和云端服务器建立 TCP 连接，来查询用户测量的历史数据。下面就这两种模式分别展开说明。

（1）智能手机与智能网络机顶盒建立连接

智能网络机顶盒通过2.4GHz无线通信技术接收智能穿戴式设备测量的生理参数。当智能手机与智能网络机顶盒建立连接时，机顶盒作为中转站，将接收的智能穿戴式设备的数据转发给智能手机，用户可以同时在机顶盒和手机上对数据进行操作处理。智能手机与智能机顶盒建立正常连接流程有如下几个步骤。

第一步，智能手机启动应用，获取设备的IMEI号和型号，启动UDP服务，来获取智能网络机顶盒通过UDP广播的IP地址和端口。第二步，智能手机收到UDP数据包，通过数据解析，得到智能网络机顶盒的IP地址和端口，与智能网络机顶盒进行TCP连接。第三步，建立完成TCP连接，智能手机发送设备IMEI号和型号给机顶盒，机顶盒允许智能手机接入。第四步，智能手機启动接收线程，接收智能网络机顶盒传输的数据。第五步，智能手机同步机顶盒用户信息以及用户的历史记录到本地数据库中。

2）智能手机与云服务器建立连接

当智能手机连接不上机顶盒时，智能手机可以通过GPRS和Wi-Fi远程连接云服务器来查看智能穿戴式设备测量的生理数据。用户可以查看自身和家人的生理健康状况，随时掌握健康信息。用户首次使用健康家庭手机应用时不能直接与云端端服器连接，必须与智能网络机顶盒连接后才能使用远程服务功能。原因是智能手机必须从智能网络机顶盒获取机顶盒唯一ID编号并保存在本地数据库中，之后智能手机才能通过机顶盒ID编号来远程访问云服务器来获取家庭成员的测量记录。

4、总体分析

本论文的家庭健康系统是一种基于蓝牙通信技术的监护系统。用户通过它来实时监测自身的身体健康状况，达到健康生活的目的。家庭健康系统要真正的上线投入使用，还需进行优化和改进。系统传感器采集生理数据单一，只现实了体重、身高、体温生理参数的采集。需要加入多种传感器，全面采集用户的生理参数，以便于医院分析和治疗。家庭健康系统中云服务器稳定性测试。在实际使用中，需要保证服务器24小时稳定的运转。这就需要对服务器基于不同环境下进行测试，以发现其性能漏洞。平台开发技术还不成熟，未能广泛的普及使用。但随着技术和工具的不断更新，平台开发技术必定会逐步完善。

5、结束语

本文设计与构思智慧家庭健康系统，利用多种传感器设备采集用户健康指标，通过手机服务平台来接收、处理测量数据并将数据上传至云服务器存储。该系统能对收集到的体检指标数据进行解决和加工，使用户能够了解包括其家屬的个人健康情况分析数据，同时医务人员也可以依据这些分析数据来对居民进行更加精确的治疗措施。该服务平台提供统一标准的数据接口便于为其它第三方平台进行数据获取，同时支持从第三方系统接口处进行数据抽取，起到了数据共享作用。

参考文献

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[3]胡海峰.智慧家庭健康服务系统的研究[J].科技视界，2018（26）：100-102.

项目名称：基于大数据+AI的智慧家庭健康仪研究与设计（编号：S202010378141）

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