智能健康終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王宇航+黃岑宇+尹悅悅

摘 要：智能健康終端系統(tǒng)針對現(xiàn)有智能健康監(jiān)測設(shè)備分散，健康數(shù)據(jù)采集單一的不足，充分利用現(xiàn)有資源，利用多個可選式配套組件獲取用戶健康參數(shù)監(jiān)測結(jié)果，利用智能健康終端收集上述健康參數(shù)監(jiān)測結(jié)果，并加入了對環(huán)境信息的采集，為用戶提供更為準(zhǔn)確的健康狀態(tài)判斷和進(jìn)行更為有效的健康監(jiān)督。

關(guān)鍵詞：智能健康；信息采集；生理參數(shù)監(jiān)測

隨著社會的高速發(fā)展和人民生活水平的普遍提高，越來越多的人更加重視健康問題。同時，伴隨著電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，各種可穿戴智能設(shè)備正悄無聲息地改變著人們的生活，為人們提供基本健康數(shù)據(jù)監(jiān)測，可穿戴智能設(shè)備更像是健康的監(jiān)督官，時刻提醒用戶關(guān)注自己的身體健康狀態(tài)，督促用戶養(yǎng)成良好的生活習(xí)慣。

目前，智能手環(huán)是一種最為常見的智能穿戴設(shè)備，常被人們用來監(jiān)測健康數(shù)據(jù)，各種設(shè)計(jì)的智能手環(huán)層出不窮。此外，家中的各種身體檢測儀器例如電子血壓計(jì)、血糖儀等也都呈現(xiàn)智能化趨勢，能將檢測的數(shù)據(jù)保存并上傳。然而，并沒有專門的健康終端，能夠?qū)⒏鞣N監(jiān)測儀器所獲取的健康數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的收集和利用。

本文在研究便攜式智能設(shè)備以及健康裝置的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種智能健康終端系統(tǒng)，其可利用多個可選式配套組件獲取用戶健康參數(shù)監(jiān)測結(jié)果，并利用智能健康終端收集上述健康參數(shù)監(jiān)測結(jié)果，為用戶提供更為準(zhǔn)確的健康狀態(tài)判斷和進(jìn)行更為有效的健康監(jiān)督。本文包括智能健康終端的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、硬件配置以及軟件模塊等，并重點(diǎn)對整個系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行了論證。

1 智能健康終端系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

對于一個智能終端而言，其不僅要具有功能集合，并且還要滿足小型化的設(shè)計(jì)要求。本系統(tǒng)的智能健康終端系統(tǒng)框架組成如圖1所示，包括智能健康終端和可選式配套組件?？蛇x式配套組件為用戶健康參數(shù)監(jiān)測設(shè)備，包括人體監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取組件和環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取組件。人體監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取組件包括智能手環(huán)、智能體溫計(jì)、智能血壓計(jì)、智能血糖儀等。智能手環(huán)可用于獲得用戶的運(yùn)動量、睡眠質(zhì)量、心率、血氧飽和度等數(shù)據(jù)，智能體溫計(jì)可用于獲得用戶的體溫?cái)?shù)據(jù)，智能血壓計(jì)可用于獲得用戶的血壓數(shù)據(jù)，智能血糖儀可用于獲得用戶的血糖數(shù)據(jù)。環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取組件包括環(huán)境監(jiān)測器，環(huán)境監(jiān)測器用于獲得用戶所處位置的包括溫度、濕度、空氣質(zhì)量在內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)。智能健康終端可無線接收同一用戶的上述所有可選式配套組件獲取的監(jiān)測數(shù)據(jù)，以便于結(jié)合用戶的健康狀況（人體監(jiān)測數(shù)據(jù)）以及當(dāng)前環(huán)境（環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)）提供相應(yīng)的提示信息。

該智能健康終端系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1所示，包括單片機(jī)模塊、電源模塊、傳感監(jiān)測模塊、輸入模塊、輸出模塊、存儲模塊、通訊模塊以及傳感器監(jiān)測模塊。輸入模塊包括攝像頭、音頻模塊以及液晶屏模塊，可以通過語音、圖形以及文字輸入，同時也可以通過通訊模塊將數(shù)據(jù)導(dǎo)入，并應(yīng)用自動識別技術(shù)將輸入的信息進(jìn)行識別，將有用的信息自動填入相關(guān)的數(shù)據(jù)表格。通訊模塊包括GPS定位模塊、無線網(wǎng)以及ZigBee連接模塊，可以使該終端與手機(jī)、計(jì)算機(jī)、遠(yuǎn)程服器等設(shè)備相連，向遠(yuǎn)程設(shè)備報(bào)告結(jié)果或者從遠(yuǎn)程設(shè)備上導(dǎo)入數(shù)據(jù)。電源模塊可以對單片機(jī)模塊、傳感器模塊以及輸入輸出等需要供電的模塊進(jìn)行供電，存儲模塊為外部存儲模塊，可以將健康數(shù)據(jù)存入存儲模塊進(jìn)行備份。傳感監(jiān)測模塊包括人體檢測傳感器以及環(huán)境監(jiān)測傳感器，人體檢測傳感器可以對人體的心率、血氧、體溫、心電、血壓等健康數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，同時具有計(jì)步器、睡眠質(zhì)量監(jiān)測等功能，環(huán)境監(jiān)測傳感器具有環(huán)境監(jiān)測功能，可以對人體所處的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，包括溫度、濕度、空氣質(zhì)量、光線等等，可以結(jié)合人體的健康狀況以及當(dāng)前環(huán)境提供報(bào)警信息。

2 系統(tǒng)硬件模塊組成

智能健康終端構(gòu)造與手機(jī)類似，但體積小于手機(jī)，如圖2所示。智能健康終端包括中央處理模塊、交互模塊、通信模塊、GPS模塊、存儲模塊以及電源模塊。其中，中央處理模塊包括主控MCU，中央處理模塊分別與交互模塊、通信模塊、GPS模塊、存儲模塊相連接并用于對各模塊進(jìn)行控制。

交互模塊包括攝像頭模塊、音頻模塊以及觸摸屏模塊。攝像頭模塊包括分別位于智能健康終端的正面和反面的兩個攝像頭，用于獲取用戶的圖像輸入信息。音頻模塊包括位于智能健康終端側(cè)面的語音口，用于獲取用戶的語音輸入信息。觸摸屏模塊包括位于智能健康終端的正面的顯示屏，用于獲取用戶的操作輸入信息以及對相關(guān)信息進(jìn)行顯示。

通信模塊包括無線網(wǎng)絡(luò)連接模塊和組件連接模塊。無線網(wǎng)絡(luò)連接模塊采用WiFi，用于實(shí)現(xiàn)所述智能健康終端與手機(jī)、計(jì)算機(jī)或者云端服務(wù)器的連接。組件連接模塊采用WiFi、藍(lán)牙或ZigBee，用于實(shí)現(xiàn)智能健康終端與各個可選式配套組件之間的連接，以從可選式配套組件獲取實(shí)時監(jiān)測的包括人體監(jiān)測數(shù)據(jù)和環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)在內(nèi)的用戶健康參數(shù)。

GPS模塊用于對用戶進(jìn)行定位，并將用戶的實(shí)時地理位置信息傳送至中央處理模塊。存儲模塊為外部存儲模塊，用于存儲用戶的健康模型、健康計(jì)劃以及備份各種相關(guān)健康數(shù)據(jù)。電源模塊為太陽能電池或者可充電鋰電池，用于對以上各模塊進(jìn)行供電。

3 系統(tǒng)主要軟件功能模塊

文章針對硬件模塊設(shè)計(jì)了主要的軟件功能模塊，如圖3所示，包括健康模型建立模塊、健康數(shù)據(jù)處理模塊、健康計(jì)劃生成模塊、健康監(jiān)督模塊、環(huán)境預(yù)警模塊以及緊急報(bào)警模塊。健康模型建立模塊可以通過用戶輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇，并建立與用戶相適應(yīng)的個性化健康模型，健康數(shù)據(jù)處理模塊對用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，同時根據(jù)處理的結(jié)果將數(shù)據(jù)輸入其他模塊，健康計(jì)劃生成模塊可以根據(jù)用戶的健康數(shù)據(jù)以及用戶本身的自身數(shù)據(jù)生成用戶的健康計(jì)劃，比如用戶的飲食計(jì)劃、鍛煉計(jì)劃等等，并與健康監(jiān)督模塊相連接，在固定的時間對用戶進(jìn)行計(jì)劃項(xiàng)目的健康預(yù)警。環(huán)境預(yù)警模塊可以對用戶所處的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)外部環(huán)境出現(xiàn)威脅用戶健康的數(shù)據(jù)時及時對用戶進(jìn)行預(yù)警通知。緊急報(bào)警模塊可以對用戶的健康相關(guān)的威脅數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警，從而讓用戶可以針對自己的健康狀態(tài)有非常形象化的認(rèn)識，并且?guī)椭脩艚⒔】狄?guī)劃。

4 結(jié)語

智能健康信息采集終端系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包含對信息采集模塊的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)有效利用多個可選式配套組件獲取用戶健康參數(shù)監(jiān)測結(jié)果，并將環(huán)境數(shù)據(jù)納入檢測范圍，為用戶提供更為準(zhǔn)確的健康狀態(tài)判斷和進(jìn)行更為有效的健康監(jiān)督。為保證健康信息采集的長期性和連續(xù)性，采集系統(tǒng)還應(yīng)不斷吸收先進(jìn)傳感器、網(wǎng)絡(luò)、信息技術(shù)的最新研究成果。由于信息數(shù)據(jù)量大，針對健康信息的有效數(shù)據(jù)處理，是日后研究的重點(diǎn)。

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