智能居家養(yǎng)老健康助手系統(tǒng)設(shè)計

燕麗紅 王安斌 陳蓮琴

摘 要：中國老齡化問題日趨嚴(yán)重，“70”后、“80”后面對“4-2-1”的中國模式，如何更好工作的同時又能夠更好的盡孝，這是一個問題。為了解決這個矛盾，利用嵌入式技術(shù)和Java技術(shù)設(shè)計了一款智能居家養(yǎng)老健康助手系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用STM32F4作為控制中心，利用不同的傳感器組成傳感器組，分模塊對老人居家生理特征，如心率、體溫等方面的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析和設(shè)計。最后采用軟硬聯(lián)調(diào)對老人居家的健康數(shù)據(jù)特征進(jìn)行了測試。結(jié)果表明，該系統(tǒng)能及時、有效記錄老人的健康數(shù)據(jù)，幫助子女對老人的健康狀況進(jìn)行分析，有效提升了居家老人的生活幸福指數(shù)，也為老人和子女的和諧生活提供了條件。

關(guān)鍵詞：養(yǎng)老健康助手;智能居家;生理特征;心率傳感器;健康數(shù)據(jù)特征;Java技術(shù)

中圖分類號：TP387;G642文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2095-1302（2019）09-00-02

0 引 言

人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國從1999年進(jìn)入人口老齡化社會到2017年的18年間，老年人口凈增1.1億。截至2018年底[1-2]，我國60歲及以上老年人口有2.49億人，占總?cè)丝诘?7.9%，預(yù)計到2050年前后，我國老年人口數(shù)將達(dá)到峰值4.87億，占總?cè)丝诘?4.9%。隨著老人年數(shù)量的日益增長，作為中國正值中青年的“70”后、“80”后，一邊要為家庭生活和子女的教育努力拼搏，一邊又要為生育養(yǎng)育自己的父母盡孝，面對“4-2-1”的中國生活模式[3-4]，中青年的生活壓力和盡孝的矛盾越來越突出。那么如何讓年輕人既可以很好的工作，又能及時對老人的生活進(jìn)行關(guān)照，并對突發(fā)情況能盡早掌握和及時處理？本文基于嵌入式技術(shù)和Java技術(shù)設(shè)計了一款居家老人生理健康數(shù)據(jù)記錄和監(jiān)控的系統(tǒng)，可以及時記錄居家老人與健康有關(guān)的指數(shù)，包括血壓、體重、心率等，這樣就可以讓子女對父母的身體狀況進(jìn)行監(jiān)控，如遇問題可盡早做出處理，有效提高了居家老人生活的幸福指數(shù)。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計

1.1 系統(tǒng)設(shè)計方案

本系統(tǒng)主要采用STM32作為主控芯片以及模塊化的設(shè)計結(jié)構(gòu)，采用人體紅外體溫傳感器（GY-MCU90615傳感器）對體溫檢測，同時選用心率傳感器（PulseSensor）進(jìn)行心率檢測。通過主控芯片處理后，將檢測的人體健康數(shù)據(jù)及時傳輸?shù)斤@示屏（OLED）中，并對居家老人的健康狀態(tài)進(jìn)行及時記錄，同時采用Java技術(shù)進(jìn)行界面設(shè)計，為子女的實(shí)時監(jiān)護(hù)提供一定的有效依據(jù)。系統(tǒng)總體設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計環(huán)境分析

（1）系統(tǒng)軟件采用Keil編譯環(huán)境，該軟件易于進(jìn)行系統(tǒng)集成并具有強(qiáng)大的調(diào)試功能。

（2）硬件仿真軟件采用Proteus環(huán)境，并通過OLED顯示實(shí)時分析數(shù)據(jù)等。

（3）利用Java技術(shù)進(jìn)行人機(jī)界面設(shè)計，可有效對人體生理參數(shù)進(jìn)行顯示和分析。

2 基于Java的智能居家養(yǎng)老健康助手系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

（1）STM32F4開發(fā)板原理說明

本系統(tǒng)采用STM32F407VET6作為主控芯片，該芯片具有高性能、低功耗、實(shí)時性強(qiáng)、開發(fā)成本低、外設(shè)豐富、模型豐富、開發(fā)容易等特點(diǎn)。其以ARM CORTEX-M4 32位TISC為內(nèi)核，額定工作頻率為168 MHz，210 DMIPS/1.25 DMIPS，額定工作電壓[5-6]為1.8～3.6 V。

（2）心率傳感器原理說明

心率與脈搏是一樣的，因此測心率就相當(dāng)于測脈搏。脈搏傳感器指的是用于檢測脈搏相關(guān)信號的傳感器。本設(shè)計采用靜態(tài)心率檢測，采用的傳感器為心率傳感器（PulseSensor） [7-8]。PulseSensor是一款用于脈搏心率測量的光電反射式模擬傳感器，其基本原理是利用人體組織在血管搏動時造成透光率不同來進(jìn)行脈搏測量的。

（3）紅外溫度傳感器

GY-MCU90615是一種低成本的紅外溫度模塊[9-10]。其工作原理是通過單片機(jī)讀取紅外溫度數(shù)據(jù)，輸出方式為串口通信。串口波特率有9 600 b/s和115 200 b/s，有連續(xù)輸出和查詢輸出兩種方式，可以適應(yīng)不同的工作環(huán)境。其溫度計算方法為：溫度=高8位<<8|低8位。

①發(fā)送指令A(yù)5，45，EA，接收到一幀數(shù)據(jù)：<5A- 5A- 45- 04- 0C- 78- 0D- 19- A7 >;

②表示 TO（有符號16 bit，表示目標(biāo)溫度）：TO= 0x0C78/100=31.92 ℃;

③表示TA（有符號16 bit，表示環(huán)境溫度）：TA= 0x0D19/100=33.53 ℃。

2.2 基于ARM/Java的居家養(yǎng)老生理健康平臺設(shè)計

2.3 系統(tǒng)測試

使用J-Link下載線將STM32開發(fā)板與計算機(jī)相連。老人手指放在與STM32開發(fā)板相連的心率傳感器（PulseSensor）和溫度傳感器上，就可以看到OLED顯示屏上分別顯示出測得單位時間內(nèi)的心率值、實(shí)時溫度值和健康狀態(tài)。系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試，測試結(jié)果如圖2所示。通過顯示屏可以及時記錄和監(jiān)測居家老人的生理參數(shù)，有效提升老人的居家幸福指數(shù)。

3 結(jié) 語

本文利用嵌入式技術(shù)和Java技術(shù)設(shè)計了一款智能居家養(yǎng)老健康助手系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用嵌入式技術(shù)和Java技術(shù)，結(jié)合人體生理需求，采用STM32F4為控制核心，進(jìn)行生理參數(shù)檢測模塊和體溫檢測模塊的設(shè)計，重點(diǎn)分析心率和體溫模塊的設(shè)計并進(jìn)行了系統(tǒng)測試。結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有實(shí)時、及時反饋的特點(diǎn)，可以實(shí)時監(jiān)控居家老人的基本生理特征，有效幫助子女對老人的身體狀況進(jìn)行掌握，以便做出及時的處理，有效提升了家庭的和諧幸福指數(shù)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]蔡麗娜.基于物聯(lián)網(wǎng)的養(yǎng)老管理系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D].杭州：浙江工業(yè)大學(xué)，2015.

[2]苗素貞，彭平.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的社區(qū)養(yǎng)老管理系統(tǒng)的研究[J].廣東技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報，2014，35（3）：15-20.

[3]燕麗紅.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能居家養(yǎng)老系統(tǒng)的分析與研究[J].電腦知識與技術(shù)，2017，13（11）：247-248.

[4]燕麗紅.物聯(lián)網(wǎng)智能居家養(yǎng)老系統(tǒng)與服務(wù)云平臺的設(shè)計[J].科技視界，2018（28）：131-132.

[5]仉長娟.面向養(yǎng)老院的健康管理服務(wù)設(shè)計研究[D].無錫：江南大學(xué)，2017.

[6]蔡金芷，皮喜田，劉洪英，等.個人健康管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].計算機(jī)測量與控制，2017，25（7）：222-224.

[7]朱雯.基于移動互聯(lián)網(wǎng)的個人健康管理軟件設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D].成都：電子科技大學(xué)，2017.

[8]謝志剛.基于智能設(shè)備的個人云健康系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D].沈陽：東北大學(xué)，2016.

[9]陳可，皮喜田，劉洪英，等.個人健康信息采集終端系統(tǒng)設(shè)計[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2017，38（3）：11-13.

[10]孟維君.用于老人健康監(jiān)護(hù)的無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)研究與個人終端應(yīng)用設(shè)計[D].蘇州：蘇州大學(xué)，2016.