基于物聯(lián)網(wǎng)的養(yǎng)生智能手環(huán)設(shè)計(jì)

賀菲凡 周娜 孫健源 王雅馨

摘要：隨著我們生活水平及物質(zhì)生活的不斷提高，“養(yǎng)生”一度成為我們關(guān)注的話題。由于人們生活習(xí)性的不規(guī)律，導(dǎo)致各種疾病蜂擁而至，于是便有了“養(yǎng)生手環(huán)”的想法?；谝酝闹悄苁汁h(huán)的功能例如心率、血壓、疲勞度測(cè)量、跌倒識(shí)別等，我們又新增添了三個(gè)功能。功能一：食療功能，針對(duì)不同病理進(jìn)入不同模式選擇，對(duì)應(yīng)不同的食物治療;功能二：休閑模式，在線聽(tīng)書(shū)，廣播，戲劇，歌曲等;功能三：智能醫(yī)生，就近醫(yī)院聯(lián)網(wǎng)，當(dāng)身體出現(xiàn)緊急情況時(shí)，自動(dòng)求救與報(bào)警，與醫(yī)院聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程緊急救助指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：智能手環(huán);物聯(lián)網(wǎng);養(yǎng)生;健康;休閑

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1項(xiàng)目背景

隨著人工智能的發(fā)展，各種各樣的手環(huán)等智能可穿戴設(shè)備出現(xiàn)并被人群大量使用，高血壓的檢測(cè)、司機(jī)疲勞度測(cè)量等已經(jīng)不能滿足大眾各方面的需要。因此拓展更多功能就是重中之重：例如指導(dǎo)患者改善生活方式合理使用藥物，合理安排膳食等;以及當(dāng)你在家身體出現(xiàn)不舒服時(shí)，可以及時(shí)和醫(yī)院的醫(yī)生聯(lián)系得到準(zhǔn)確的自救方法。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1硬件設(shè)計(jì)

硬件研究?jī)?nèi)容，主要是選擇模塊（以單片機(jī)為養(yǎng)生手環(huán)控制模塊）、語(yǔ)音模塊（主要由IBM控制）、信號(hào)模塊、顯示觸屏模塊和警報(bào)模塊組成。語(yǔ)音模塊：此過(guò)程使用IBM語(yǔ)音引擎，IBM對(duì)輸入的原始語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行處理，過(guò)濾掉不重要的信息及噪音;在進(jìn)行特征提取，計(jì)算出語(yǔ)音聲學(xué)參數(shù)，并進(jìn)行特征計(jì)算，以便提取出反應(yīng)信號(hào)特征參數(shù)便于后續(xù)處理;將輸入的語(yǔ)音提取特征矢量參數(shù)后與參考模式庫(kù)中的模式進(jìn)行相似度比較，得出最終識(shí)別結(jié)果。信號(hào)模塊：通過(guò)與手機(jī)藍(lán)牙配對(duì)，使其自動(dòng)通過(guò)藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)連接在手機(jī)上，從而實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)功能;或者通過(guò)讀卡器，用戶插入SIM卡，手環(huán)對(duì)卡識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)。顯示觸屏模塊：LCD作為手環(huán)的液晶顯示屏，屏下放置小型電阻，當(dāng)人去按時(shí)產(chǎn)生電流，從而觸動(dòng)相應(yīng)功能。警報(bào)模塊：在原有的跌倒識(shí)別和導(dǎo)航的基礎(chǔ)上，RFID識(shí)別出跌倒時(shí)，觸動(dòng)蜂鳴警報(bào)器，同時(shí)啟動(dòng)Activity撥打電話（軟件）。

2.2軟件設(shè)計(jì)

主要是編寫(xiě)食譜，編寫(xiě)Activity撥打電話、在線搜索App，定時(shí)程序。軟件主要采用C、JAVA語(yǔ)言編寫(xiě)程序。主程序是主體，整個(gè)單片機(jī)端系統(tǒng)軟件功能實(shí)現(xiàn)都在其中完成。在此過(guò)程中調(diào)用了子程序、中斷服務(wù)以及PID反饋算法。程序首先完成初始化過(guò)程，然后是重復(fù)信號(hào)使用的過(guò)程，每次使用周期結(jié)束都會(huì)判斷是否發(fā)生了中斷，以便程序執(zhí)行對(duì)應(yīng)的操作。

3特色與創(chuàng)新點(diǎn)

3.1食療模式

第一：通過(guò)心率測(cè)量?jī)x，血壓血脂測(cè)量?jī)x，身高體重等各個(gè)指標(biāo)對(duì)用戶身體進(jìn)行全面檢測(cè)，對(duì)于患有三高人群，養(yǎng)生手環(huán)將設(shè)定為“三高模式”，綜合數(shù)據(jù)庫(kù)選擇出一些調(diào)節(jié)“三高的蔬果”，對(duì)患者建議食用。（數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)分析）;第二：對(duì)于身體比例超重的用戶，養(yǎng)生手環(huán)的建議食譜會(huì)趨向于低脂肪易消化，同時(shí)還會(huì)提供用戶每天應(yīng)有的運(yùn)動(dòng)量，為防止年輕人盲目減肥，減肥只吃綠色蔬菜、長(zhǎng)此以往導(dǎo)致身體血壓過(guò)低、免疫力下降，養(yǎng)生手環(huán)則會(huì)給用戶的身體提供最好的減肥方案，在減肥的同時(shí)也可以有效地鍛煉用戶的身體，保證用戶的身體處于穩(wěn)態(tài);第三：由于大人對(duì)于保育知識(shí)的缺乏，孩子在最該增加營(yíng)養(yǎng)的年齡錯(cuò)過(guò)了營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充，影響將來(lái)身體各個(gè)方面的發(fā)育，養(yǎng)生手環(huán)將以一種更健康的方式來(lái)提高孩子各個(gè)黃金階段的發(fā)育，同時(shí)手環(huán)還會(huì)提示各個(gè)階段適合的運(yùn)動(dòng)，讓孩子身體更健康、抵抗力更強(qiáng)。

3.2休閑模式

第一點(diǎn)：失眠是影響人身體健康的重要因素，長(zhǎng)期失眠會(huì)導(dǎo)致人的記憶力、免疫力、抵抗力下降，養(yǎng)生手環(huán)會(huì)根據(jù)一天中的不同黃金睡眠階段，對(duì)用戶作提示，例如午休時(shí)間，手環(huán)會(huì)提示“該午休了”等（定時(shí)環(huán)節(jié)，自動(dòng)播放音樂(lè)環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)庫(kù)保留睡眠音樂(lè)）;第二點(diǎn)：物質(zhì)生活的不斷提升，也使人們的空閑時(shí)間變得有趣，用戶在空閑時(shí)間時(shí)，可以使用手環(huán)對(duì)話模式，如提問(wèn)一些簡(jiǎn)單的生活問(wèn)題或者生活常識(shí)，手環(huán)通過(guò)智能搜索，為用戶語(yǔ)音解答?；蛘弋?dāng)用戶對(duì)手環(huán)說(shuō)，講個(gè)笑話，手環(huán)會(huì)利用數(shù)據(jù)庫(kù)所儲(chǔ)存的笑話以小孩或者不同人群的聲音為用戶講解，當(dāng)它回答不上問(wèn)題時(shí)，會(huì)為用戶回復(fù)“親愛(ài)的主人，您問(wèn)的問(wèn)題太難了，智商掉線了，換個(gè)話題吧！”等以一些幽默風(fēng)趣的方式逗用戶開(kāi)心。（數(shù)據(jù)庫(kù)問(wèn)答，在線搜索問(wèn)題，廣播接收站，音頻保存及播放）

3.3救助模式

對(duì)于冠心病、低血糖這些致命的病癥，等待急救車或者專業(yè)醫(yī)務(wù)人員來(lái)營(yíng)救，估計(jì)是不可能的，人體是有最佳黃金自救時(shí)間的。例如冠心病是人體多發(fā)的一種急病，發(fā)病時(shí)間很快，四分鐘就會(huì)致命，急救車很可能不能在這么快的時(shí)間內(nèi)趕到，而這時(shí)候手環(huán)就會(huì)感知到用戶的心率，并就近撥打附近醫(yī)院救助電話，連接醫(yī)生，醫(yī)生將會(huì)給用戶做第一時(shí)間的自救分析，同時(shí)此刻手環(huán)會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟報(bào)警功能，周圍人也會(huì)聽(tīng)到急救消息，會(huì)協(xié)助醫(yī)生幫用戶自救，等待救護(hù)車來(lái)臨。這樣可以避免患者慌亂中病情加劇或者盲目的自救，在給相關(guān)醫(yī)院或者醫(yī)生打過(guò)電話后，會(huì)第一時(shí)間給用戶的家人發(fā)位置信息的，以及給他們撥打緊急救助電話。（導(dǎo)航智能搜索，在線視頻，緊急求助電話，身體感應(yīng)器）

養(yǎng)生手環(huán)適用于任何人群，它以一種健康、高效的方式來(lái)改變用戶的生活，從身體上減少對(duì)藥物激素的使用，同時(shí)在心理上它也會(huì)像用戶的“知心姐姐”一樣，讓用戶的家人不用為使用者的身體心理健康而擔(dān)憂。

4國(guó)內(nèi)外研究情況

在國(guó)外廠商們未有技術(shù)上較大突破，或者把產(chǎn)品做到差異化，市場(chǎng)出貨將會(huì)有所回落，市場(chǎng)細(xì)分已成為一種局勢(shì)。主打老年健康管理的、女性美容管理、生活服務(wù)還有其他各式各樣的生活場(chǎng)景，清晰的定位加上技術(shù)的突破。

2014年，國(guó)內(nèi)的智能手環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈還算比較新，從2014年以后，整個(gè)媒體的關(guān)注度是非常高的。大概從2014年開(kāi)始，2015年到2016年上半年是個(gè)快速往上走的時(shí)期，華為、小米兩大營(yíng)業(yè)商做手環(huán)做到了全球第二，三年過(guò)去后，手環(huán)只增加了一個(gè)心率功能。在今天，手環(huán)已經(jīng)發(fā)展為電話手表等多個(gè)領(lǐng)域方向，未來(lái)將會(huì)越來(lái)越趨向于目標(biāo)人群，目前并沒(méi)有相關(guān)品牌，把它推向一個(gè)更長(zhǎng)遠(yuǎn)的計(jì)劃，大多數(shù)手環(huán)功能并不齊全。

5結(jié)束語(yǔ)

據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，許多長(zhǎng)壽之人都是擁有良好的作息習(xí)慣和積極向上的心態(tài)?！梆B(yǎng)生手環(huán)”從食療出發(fā)，針對(duì)用戶的身體狀況做不同的食療建議，約束用戶的平時(shí)飲食攝入量;對(duì)于“三高”人群，手環(huán)會(huì)調(diào)節(jié)用戶對(duì)糖類的攝入量;在小孩補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)方面，手環(huán)也會(huì)給用戶相應(yīng)建議。手環(huán)還像個(gè)知心朋友一樣，用戶可以和它交流，可以讓它搜歌、戲曲、電臺(tái)，同時(shí)還可以讓它講笑話，這對(duì)于空巢老人來(lái)說(shuō)是一個(gè)很好的休閑方式。當(dāng)身體出現(xiàn)緊急情況時(shí)，手環(huán)自動(dòng)連接醫(yī)生，進(jìn)行遠(yuǎn)程緊急救助指導(dǎo)，讓用戶第一時(shí)間自救同時(shí)蜂鳴讓周圍人給使用者幫助。它適用于任何人群，給人們生活帶來(lái)了便利。