北大版-付蔚編著-家居物聯(lián)網(wǎng)技術開發(fā)與實踐ch08

1、第八章 智能醫(yī)療8.1智能醫(yī)療體系概述 8.2 智能醫(yī)療的典型設備 8.3 智能醫(yī)療的應用測試 8.1智能醫(yī)療療體系概概述智能醫(yī)療療是通過過打造健健康檔案案區(qū)域醫(yī)醫(yī)療信息息平臺，利用最最先進的的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)技術，實現(xiàn)患患者與醫(yī)醫(yī)務人員員、醫(yī)療療機構、醫(yī)療設設備之間間的互動動，逐步步達到信信息化。在不久久的將來來醫(yī)療行行業(yè)將融融入更多多人工智智慧、傳傳感技術術等高科科技，使使醫(yī)療服服務走向向真正意意義的智智能化，推動醫(yī)醫(yī)療事業(yè)業(yè)的繁榮榮發(fā)展。在中國國新醫(yī)改改的大背背景下，智能醫(yī)醫(yī)療正在在走進尋尋常百姓姓的生活活。智能家居居的醫(yī)療療監(jiān)測系系統(tǒng)，如左圖所示。利用ZigBee短距離無無線通信信技術，實現(xiàn)人

2、人體生理理參數(shù)(心電、血血壓、血血氧飽和和度)的連續(xù)、實時、動態(tài)檢檢測，在在檢測人人體生理理參數(shù)的的同時不不影響用用戶的正正常生活活，并且且提高檢檢測準確確性。智能家居的醫(yī)醫(yī)療監(jiān)測測系統(tǒng)佩戴在用用戶身體體上的傳傳感器節(jié)節(jié)點(RFD)檢測到生生理數(shù)據(jù)據(jù)，對生生理數(shù)據(jù)據(jù)進行初初步處理理，然后后利用短短距離無無線通信信技術傳傳輸?shù)骄W(wǎng)網(wǎng)絡協(xié)調調器器(COORD)，網(wǎng)絡協(xié)協(xié)調器將將接收到到的生理理數(shù)據(jù)通通過接口口傳輸?shù)降郊矣肞C的智能化化綜合健健康管理理軟件匯匯總、存存儲、分分析。智智能化綜綜合健康康管理軟軟件將分分析結果果通過GPRS數(shù)字移動動通信技技術實時時地傳給給用戶家家人手機機或遠端端醫(yī)療中中心

3、，為為用戶提提供獨立立、健康康、安全全、方便便、持續(xù)續(xù)的人性性化健康康保健服服務，緩緩解醫(yī)院院壓力，促進低低成本醫(yī)醫(yī)療發(fā)展展.8.2智能醫(yī)療療的典型型設備8.2.1跌倒監(jiān)測測儀目前，國國內外針針對檢測測判斷老老人跌倒倒的技術術主要有有：基于于視頻監(jiān)監(jiān)控的跌跌倒檢測測系統(tǒng)，基于聲聲學和振振動的跌跌倒檢測測系統(tǒng)，基于穿穿戴式傳傳感器的的跌倒檢檢測系統(tǒng)統(tǒng)。早期的基基于視頻頻監(jiān)控的的跌倒檢檢測系統(tǒng)統(tǒng)，其工工作原理理是通過過在家里里不同的的區(qū)域安安裝一個個或幾個個視頻攝攝像頭，不間斷斷地捕捉捉人體運運動的畫畫面，然然后經(jīng)過過特別設設計的圖圖像處理理算法，不斷地地分析捕捕捉到的的人體運運動畫面面，從圖圖像

4、分析析的結果果中確定定是否存存在具有有跌倒特特征的一一些圖像像特征，從而判判斷人體體是否發(fā)發(fā)生跌倒倒。雖然然基于視視頻監(jiān)控控的方式式在一定定程度上上取得了了較好的的成果，但是基基于視頻頻的處理理算法復復雜，設設備安裝裝不方便便，價格格昂貴，甚至還還有泄露露家人隱隱私的威威脅?；诼晫W學與振動動的跌倒倒檢測系系統(tǒng)主要要通過分分析跌倒倒時的音音頻頻率率和振動動頻率來來檢測判判斷被監(jiān)監(jiān)護人是是否發(fā)生生了跌倒倒。雖然然有個別別的研究究取得了了一定的的成果，但是，這種監(jiān)監(jiān)測方法法因為較較多不可可預料的的客觀因因素的影影響無法法得到較較好的檢檢測精度度和檢測測效果。例如，地板材材質的選選擇就是是一個非非常

5、棘手手和難以以克服的的問題，因為不不同材質質的地板板在跌倒倒時產(chǎn)生生的聲響響頻率和和振動頻頻率都是是不一樣樣的，同同時因為為它們材材質的不不同，聲聲響頻率率和振動動頻率都都是無法法統(tǒng)一的的，因而而這種檢檢測方式式一般只只能作為為其他檢檢測方法法的輔助助檢測方方法?；诖┐鞔魇絺鞲懈衅鞯牡沟箼z測系系統(tǒng)是指指嵌入了了微型傳傳感器的的可穿戴戴的跌倒倒檢測設設備，例例如，嵌嵌入了加加速度傳傳感器、角度傳傳感器等等的帽子子、衣服服、鞋、腰帶、首飾等等 ，這這種檢測測系統(tǒng)可可以實時時監(jiān)測人人體活動動時的加加速度或或者角速速度等運運動參數(shù)數(shù)的變化化以及人人體姿態(tài)態(tài)的變化化。當檢檢測到人人體的運運動參數(shù)數(shù)有

6、改變變時，通通過一定定的檢測測算法可可以判斷斷人體是是否發(fā)生生了跌倒倒。近年年來，隨隨著傳感感技術、微電子子和微機機械系統(tǒng)統(tǒng)的飛速速發(fā)展與與成熟，隨著低低成本、低功耗耗的微集集成電路路技術的的成熟，基于穿穿戴式傳傳感器的的跌倒檢檢測系統(tǒng)統(tǒng)得到了了飛速的的發(fā)展?；贛EMS三維加速速度傳感感的穿戴戴式跌倒倒檢測報報警系統(tǒng)統(tǒng)成為目目前國內內外研究究跌倒監(jiān)監(jiān)測的熱熱點和主主要趨勢勢。目前前，基于于穿戴式式傳感器器的跌倒倒檢測系系統(tǒng)常用用的檢測測方法主主要有模模式識別別的方法法和基于于加速度度閾值判判斷的方方法，但但是模式式識別的的方法算算法復雜雜，設備備要求高高，因此此本系統(tǒng)統(tǒng)最終選選擇了閾閾值判斷

7、斷的方法法。同時時為了降降低“漏漏報”和和“誤報報”的幾幾率，本本系統(tǒng)設設計的跌跌倒檢測測設備還還采用了了通過身身體姿態(tài)態(tài)變化和和輸入按按鈕等相相結合的的方式來來進行輔輔助判斷斷。我們設計計的跌倒倒檢測報報警遠程程監(jiān)護系系統(tǒng)主要要由三大大部分組組成：本本地跌倒倒監(jiān)護報報警終端端(跌倒檢測測儀)、遠程監(jiān)監(jiān)護終端端和兩者者間的通通信網(wǎng)絡絡。本地跌倒倒監(jiān)護報報警終端端：主要要負責對對人體加加速度和和姿態(tài)變變化進行行實時的的監(jiān)測，當檢測測到佩戴戴者發(fā)生生跌倒后后，自動動進行本本地聲光光預警，在自動動聲光預預警結束束后自動動地發(fā)送送遠程報報警信息息。并且且跌倒檢檢測儀還還具有危危急情況況主動求求救功能能

8、。通信網(wǎng)絡絡：這里里選用了了GPRS和IEEE802.15.4e兩種通信信網(wǎng)絡組組成。GPRS網(wǎng)絡主要要負責將將報警信信息以短短信或電電話的方方式通知知家人和和醫(yī)院；IEEE802.15.4e網(wǎng)絡負責責將跌倒倒報警信信息發(fā)送送至智能能家居遠遠程服務務器上，并通過過遠程服服務器將將報警信信息發(fā)送送至智能能家居遠遠程監(jiān)控控網(wǎng)頁上上和遠程程監(jiān)護終終端如手手機或者者PDA上。遠程監(jiān)護護終端：由手機機和遠程程監(jiān)控主主機、PDA等組成。手機用用于及時時接收短短信或者者來自智智能家居居服務器器的報警警信息；遠程監(jiān)監(jiān)控主機機和PDA用于接收收來自智智能家居居服務器器轉發(fā)的的跌倒報報警信息息，并實實時地在在監(jiān)控

9、主主頁上進進行報警警提示和和報警信信息的存存儲，以以便在老老人跌倒倒后進行行及時救救助。遠遠程跌倒倒監(jiān)護系系統(tǒng)的拓拓撲圖如如左圖所示。遠程跌倒倒監(jiān)護系系統(tǒng)體拓拓撲8.2.2體征監(jiān)測測儀心電、體體溫和脈脈搏等生生理參數(shù)數(shù)是人體體最重要要、最基基本的生生命指征征。對這這些參數(shù)數(shù)的監(jiān)測測有助于于醫(yī)務工工作者在在野外、家庭急急救及監(jiān)監(jiān)護中對對有生命命危險的的傷病員員進行及及時有效效的救治治，因此此在生活活中具有有廣泛的的需求?，F(xiàn)有的的監(jiān)測儀儀器多數(shù)數(shù)體積較較大，智智能化程程度不高高，難以以應用在在野外及及家庭等等急救場場合。本本設計應應用最新新的物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)技術術，設計計出一種種智能化化、便攜攜式、低低功

10、耗的的三參數(shù)數(shù)監(jiān)測儀儀。該檢檢測儀可可以實時時的、連連續(xù)的、長時間間地監(jiān)測測病人的的心電、體溫和和脈搏等等生理參參數(shù)，并并可通過過室內終終端或遠遠程監(jiān)測測終端遠遠程查看看病人的的生理參參數(shù)，方方便監(jiān)護護人實時時了解病病人的身身體健康康情況，非常適適合于家家庭中老老年人的的健康監(jiān)監(jiān)測。物聯(lián)網(wǎng)的的英文名名稱為“theinternetofthings”，簡稱稱IOT。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)通過傳傳感器、射頻識識別技術術、全球球定位系系統(tǒng)等技技術，實實時采集集任何需需要監(jiān)控控、連接接、互動動的物體體或過程程，采集集其聲、光、熱熱、電、力學、化學、生物、位置等等各種需需要的信信息，通通過各類類的網(wǎng)絡絡接入，實現(xiàn)物物與

11、物、物與人人的泛在在鏈接，實現(xiàn)對對物品和和過程的的智能化化感知、識別和和管理。開發(fā)家家庭智能能醫(yī)療監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)，符合合當今社社會關注注健康的的主題，同時為為家人的的健康購購買了一一份價格格低廉但但非常實實用的保保險，特特別是家家庭老人人的健康康，可以以讓我們們時刻知知道家人人特別是是家庭老老人和家家庭病人人的身體體情況，符合當當今社會會的需求求。我國是一一個心腦腦血管疾疾病高發(fā)發(fā)的國家家，每年年心源性性猝死的的總人數(shù)數(shù)高達54萬人，目目前醫(yī)療療界認為為在溫度度正常的的環(huán)境中中，一位位猝死的的患者只只有在4分鐘內得得到及時時的復蘇蘇，才有有望生還還，一位位突發(fā)心心腦血管管疾病的的患者在在疾病初初

12、期能夠夠得到及及時救治治，會大大大提高高治愈率率，而我我國在家家庭急救救方面和和發(fā)達國國家相比比還有很很大差距距。國外發(fā)達達國家因因為有家家庭直接接與急救救聯(lián)系的的網(wǎng)絡，有效地地提高了了院外高高危人員員的生存存率，從從現(xiàn)有資資料看，全世界界每年死死于心血血管病的的病人超超過1500萬，其中中冠心病病是死亡亡的主要要原因，美國每每年發(fā)生生心臟性性猝死的的病人約約35萬人，大大約70%心臟驟停停發(fā)生在在院外，在70至80年代美國國復蘇成成功率為為1.2%1.8%，近年復復蘇成功功率逐漸漸上升，個別地地區(qū)院外外心臟驟驟停復蘇蘇成功率率達54%，我國心心臟猝死死的病人人占死亡亡總人數(shù)數(shù)的5%，總體復復

13、蘇成功功率只在在1.2%1.4%。北京1990年1月1994年5月急救的的猝死病病例中，發(fā)病地地點以家家庭為主主，為87.80%，復蘇成成功率僅僅為2.58%，此外，發(fā)達國國家的心心肺復蘇蘇普及率率已達25%以上，而而我國不不及1%。面對這這樣殘酷酷的現(xiàn)實實，如果果我國現(xiàn)現(xiàn)有的急急救方式式?jīng)]有有有效地改改進，急急救理念念得不到到更新，那么在在現(xiàn)實生生活中這這樣的悲悲劇就可可能還會會發(fā)生在在我們的的身邊目前，國國內120急救中心心采用的的仍是120人工電話話報警，120接到報警警后再采采用相應應的急救救措施。仔細分分析，此此種報警警方式存存在著弊弊端。如如果患者者疾病突突發(fā)性快快，活動動能力受受

14、阻，如如何快速速地、準準確定位位地報警警至120急救中心心是現(xiàn)在在亟待解解決的重重要問題題，由于于衛(wèi)星地地面站定定位系統(tǒng)統(tǒng)價格昂昂貴，不不適合中中國國情情，因此此中國老老百姓需需要的是是一種高高技術、低價位位、性能能可靠的的家庭無無線體征征監(jiān)測儀儀。本發(fā)明的的目的是是：通過過將物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)技術術應用到到家庭無無線智能能醫(yī)療監(jiān)監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)，設計計出能夠夠進行實實時監(jiān)控控、實時時診斷，具有人人性化的的家庭無無線體征征監(jiān)測儀儀。本系統(tǒng)的的設計工工作主要要包括：(1)設計基于于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)的家庭庭監(jiān)控系系統(tǒng)架構構，把系系統(tǒng)化分分為3個部分：體域網(wǎng)網(wǎng)、本地地網(wǎng)關和和遠程監(jiān)監(jiān)控中心心。(2)根據(jù)無線線傳感器器的接口

15、口，設計計本地網(wǎng)網(wǎng)關協(xié)議議轉換和和數(shù)據(jù)轉轉發(fā)，從從體域網(wǎng)網(wǎng)傳來的的生理數(shù)數(shù)據(jù)通過過本地網(wǎng)網(wǎng)關的轉轉發(fā)后發(fā)發(fā)送到控控制中心心。(3)設計信息息管理平平臺，通通過將身身體的脈脈搏、心心率、體體溫等生生理參數(shù)數(shù)進行存存儲和管管理。該系統(tǒng)包包括：無無線脈搏搏傳感器器、無線線心電傳傳感器、無線體體溫傳感感器、家家庭多協(xié)協(xié)議無線線網(wǎng)關、家庭服服務器、家庭控控制顯示示終端、遠程PC、3G手機。系系統(tǒng)拓撲撲圖如右圖所示。家庭無線線體征監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)拓撲圖圖無線脈搏搏監(jiān)測儀儀：通過過檢測人人的脈搏搏，實時時的將數(shù)數(shù)據(jù)進行行采集和和處理。無線心電電監(jiān)測儀儀：通過過檢測人人的心電電，得到到人的心心電圖，從心電電圖中了

16、了解人的的心率、血壓等等生理特特征值。無線體溫溫監(jiān)測儀儀：通過過檢測人人的體溫溫，實時時的將數(shù)數(shù)據(jù)進行行采集和和處理。家庭多協(xié)協(xié)議無線線網(wǎng)關：支持接接收多種種無線協(xié)協(xié)議的數(shù)數(shù)據(jù)格式式，通過過對各種種無線協(xié)協(xié)議數(shù)據(jù)據(jù)解析后后，把人人的生理理數(shù)據(jù)封封裝成以以太網(wǎng)數(shù)數(shù)據(jù)格式式發(fā)送給給樓層交交換機。樓層交換換機：實實現(xiàn)以太太網(wǎng)數(shù)據(jù)據(jù)的交換換，與無無線網(wǎng)關關通過RJ45網(wǎng)線連接接，同時時通過RJ45網(wǎng)線連接接室內監(jiān)監(jiān)控終端端和本地地服務器器，把以以太網(wǎng)數(shù)數(shù)據(jù)格式式的人的的生理參參數(shù)信息息發(fā)送給給家庭服服務器和和室內監(jiān)監(jiān)控終端端進行數(shù)數(shù)據(jù)解析析、處理理、存儲儲。家庭服務務器：通通過高性性能存儲儲計算機機，

17、把人人的生理理信息數(shù)數(shù)據(jù)高效效、可靠靠地組織織起來，為遠程程計算機機訪問提提供智能能的支撐撐平臺。家庭控制制顯示終終端：從從樓層交交換機接接收所述述的人的的各種生生理參數(shù)數(shù)信息，并對所所述的各各種生理理信息進進行顯示示，如脈脈搏、心心率、體體溫。遠程PC：通過互互聯(lián)網(wǎng)或或者WiFi訪問家庭庭網(wǎng)頁，監(jiān)控家家中的老老人或病病人的各各種基本本的生理理參數(shù)信信息，及及時了解解家中老老人或病病人的身身體狀況況。3G手機：運運行自主主開發(fā)的的android客戶端程程序，通通過3G、LTE或者WiFi監(jiān)控家中中的老人人或病人人的生理理信息。本設計實實例的有有益效果果在于采采用物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)的四四層網(wǎng)絡絡結構(感知

18、識別別層、網(wǎng)網(wǎng)絡構建建層、管管理服務務層和綜綜合應用用層，自自主開發(fā)發(fā)多無線線模塊可可跟換的的家庭無無線智能能醫(yī)療監(jiān)監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)，通過過對家中中老人或或病人的的各種基基本生理理參數(shù)信信息的檢檢測，實實時了解解家中老老人或病病人的身身體狀況況，從而而實現(xiàn)物物聯(lián)網(wǎng)的的感知識識別層功功能。家庭無線線智能醫(yī)醫(yī)療監(jiān)控控系統(tǒng)可可通過多多種無線線協(xié)議(6LOWPAN、zigbee、藍牙、WIPA、WIFI)將傳感器器監(jiān)測到到的家中中老人或或病人的的各種基基本生理理參數(shù)信信息發(fā)送送給無線線網(wǎng)關，無線網(wǎng)網(wǎng)關用RJ45接口通過過以太網(wǎng)網(wǎng)把數(shù)據(jù)據(jù)發(fā)送給給樓層交交換機，樓層交交換機再再把數(shù)據(jù)據(jù)轉發(fā)給給本地服服務器和和家

19、庭顯顯示終端端，同時時通過本本地服務務器把各各種生理理參數(shù)信信息傳送送到互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)，這這樣就可可以通過過網(wǎng)頁訪訪問或者者3G手機訪問問的方式式來了解解家中老老人或病病人的身身體狀況況，同時時實現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)絡構建建層的功功能(網(wǎng)絡構建建層的主主要作用用是把感感知識別別層數(shù)據(jù)據(jù)接入互互聯(lián)網(wǎng))。在本系統(tǒng)統(tǒng)中，樓樓層交換換機把家家中老人人或病人人的各種種生理參參數(shù)信息息發(fā)送給給本地服服務器和和家庭顯顯示終端端進行數(shù)數(shù)據(jù)存儲儲和處理理來實現(xiàn)現(xiàn)管理服服務層(管理服務務層將大大規(guī)模數(shù)數(shù)據(jù)高校校，可靠靠地組織織起來，為上層層行業(yè)應應用提供供智能的的支撐平平臺)。家庭顯示示終端和和本地服服務器在在接收到到傳感器器的生理

20、理參數(shù)信信息后，通過解解析處理理存儲，我們可可以通過過LCD液晶屏和和遠程網(wǎng)網(wǎng)頁實時時了解家家中老人人或病人人的身體體狀況，實現(xiàn)家家庭醫(yī)療療智能監(jiān)監(jiān)控，及及實現(xiàn)了了物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)的綜合合應用層層(互聯(lián)網(wǎng)最最初用來來實現(xiàn)計計算機之之間通信信，進而而發(fā)展到到以人為為主體的的用戶，現(xiàn)在正正朝物物物互聯(lián)的的這一目目標前進進)。家庭無線線智能醫(yī)醫(yī)療監(jiān)控控系統(tǒng)的工作環(huán)環(huán)節(jié)主要要分為3個環(huán)節(jié)：生理參參數(shù)收集集、遠程程監(jiān)控、信息管管理。生生理參數(shù)數(shù)收集主主要包括括生理參參數(shù)采集集和生理理參數(shù)發(fā)發(fā)送，遠遠程監(jiān)控控主要包包括生理理參數(shù)輸輸入檢測測、生理理參數(shù)評評估、警警告反饋饋和遠程程監(jiān)控，信息管管理主要要包括設設備管

21、理理和生理理參數(shù)管管理。結構框圖圖如左圖所示。家庭無線線體征監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)結構框框圖生理參數(shù)數(shù)采集：信息采采集是自自動采取取，間隔隔采樣；采集的的信息主主要是人人的生理理信息，如脈搏搏、心率率、體溫溫；信息息采集的的頻率應應該是可可控的，可以在在一定的的范圍內內調整。生理參數(shù)數(shù)發(fā)送：采集到到的生理理參數(shù)信信息及時時的發(fā)送送給家庭庭網(wǎng)關，進而傳傳送給服服務器。生理參數(shù)數(shù)輸入檢檢測：對對生理參參數(shù)的內內容進行行初步檢檢測，如如果生理理參數(shù)值值達到人人體可能能范圍之之外，說說明這個個參數(shù)值值是錯誤誤的，不不應該對對數(shù)據(jù)進進行入庫庫。生理參數(shù)數(shù)評估：系統(tǒng)提提供相應應的生理理參數(shù)指指標，結結合生理理參數(shù)指

22、指標對輸輸入的生生理參數(shù)數(shù)信息進進行評估估，看是是否符合合正常的的要求。警告反饋饋：如果果測得的的生理參參數(shù)信息息出現(xiàn)異異常，系系統(tǒng)會及及時地發(fā)發(fā)出警告告，將警警告告知知遠程監(jiān)監(jiān)控終端端或室內內可視監(jiān)監(jiān)控終端端，同時時發(fā)出報報警聲。遠程監(jiān)控控：通過過遠程的的服務網(wǎng)網(wǎng)頁或3G手機實時時地監(jiān)控控人體生生理參數(shù)數(shù)的變化化，實時時了解人人的各種種生理參參數(shù)信息息。信息管理理：對所所需各種種監(jiān)控設設備的管管理和對對所測得得的各種種參數(shù)信信息進行行管理。在本物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)家庭庭醫(yī)療監(jiān)監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)中，正正是利用用物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)感知識識別普適適化、異異構設備備互聯(lián)化化、管理理調控智智能化等等特點，來實現(xiàn)現(xiàn)了家中中老人或或病

23、人各各種生理理信息的的采集，通過互互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)網(wǎng)來實現(xiàn)現(xiàn)對家中中老人或或病人的的實時監(jiān)監(jiān)控，了了解他們們的身體體狀況。8.3智能醫(yī)療療的應用用測試8.3.1設備選型型和性能能1跌倒監(jiān)監(jiān)測儀選選型和性性能跌倒檢測測儀硬件件部分主主要包括括核心處處理模塊塊、加速速度信息息采集模模塊、聲聲光報警警模塊、按鍵輸輸入模塊塊、無線線傳感器器網(wǎng)絡通通信模塊塊、GPRS通信模塊塊、系統(tǒng)統(tǒng)電源模模塊。系統(tǒng)硬件件結構見見左圖所示。跌倒監(jiān)測測儀系統(tǒng)統(tǒng)硬件結結構圖加速度信信息采集集模塊負負責實時時采集人人體加速速度信息息；聲光光報警模模塊主要要進行本本地聲光光報警；按鍵輸輸入模塊塊負責在在本地聲聲光報警警時進行行取

24、消報報警或者者系統(tǒng)出出現(xiàn)漏報報時進行行主動報報警；無無線傳感感器網(wǎng)絡絡通信模模塊和GPRS通信模塊塊主要負負責本地地聲光報報警后遠遠程報警警信息的的發(fā)送；核心處處理器負負責實現(xiàn)現(xiàn)信息的的處理，以及相相應功能能的實現(xiàn)現(xiàn)；電源源模塊為為其他模模塊供電電。核心處理理器采用用的是TI公司的LM3S1138處理器。該處理理器是一一款32位采用ARMCortex-M3內核(ARM v7M架構)、兼容Thumb-2指令集、具有3個完全可可編程且且支持IrDA的UART、工作頻頻率達50MHz的高性能能低價格格處理器器，廣泛泛應用于于各種降降低成本本并對性性能有一一定要求求的解決決方案中中。加速度信信息采集集

25、模塊采采用的是是美國ADI公司的ADXL345三軸加速速度傳感感器，該該傳感器器感知加加速度的的范圍大大、感應應精度高高，滿足足測量人人體各種種運動中中加速度度變化的的范圍與與精度要要求。加加速度傳傳感器ADXL345的控制和和使用主主要通過過操作傳傳感器內內部的寄寄存器。讀取3個軸上的的加速度度分量可可以通過過IIC接口和SPI接口。因因為人體體運動時時加速度度變化的的帶寬約約為20Hz，所以這這里選擇擇的采樣樣帶寬為為50Hz，對應的的加速度度采樣數(shù)數(shù)據(jù)的輸輸出頻率率為100Hz。因此這這里采用用IIC接口的方方式與核核心處理理器通信信。加速速度信息息采集模模塊的接接口電路路見左圖所示。加

26、速度傳傳感器接接口電路路GPRS通信模塊塊采用的的是華為為的EM310通信模塊塊。在本本系統(tǒng)中中用于實實現(xiàn)與遠遠程監(jiān)護護端短信信通信。EM310模塊共有有50個引腳，引腳的的接口包包括了EM310與外界相相連接的的所有接接口，包包括電源源部分、數(shù)據(jù)通通信部分分、語音音通信部部分以及及狀態(tài)指指示部分分。本系系統(tǒng)不涉涉及語音音通信，實現(xiàn)的的主要功功能是數(shù)數(shù)據(jù)通信信主要包包括了GPRS模塊的SIM卡與遠程程用戶的的手機通通信，以以及GPRS模塊與系系統(tǒng)核心心處理器器之間的的串口通信。模模塊的接接口電路路如左圖所示。EM310接口電路路跌倒監(jiān)測測儀核心板的的PCB及其實物物圖如下下所示：跌倒監(jiān)測測儀實

27、物物圖跌倒監(jiān)測測儀核心板PCB圖2體征監(jiān)監(jiān)測儀選選型和性性能硬件框圖圖主要包包括：CPU處理器(CC2430核處理器器，芯片片內部包包含無線線模塊接接口)，電源模模塊，數(shù)數(shù)據(jù)采集集模塊(無線脈搏搏傳感器器、無線線心電傳傳感器、無線體體溫傳感感器)，數(shù)據(jù)存存儲模塊塊。硬件框圖圖如下圖所示。無線體征征監(jiān)測儀儀硬件框框圖CC2430核處理器器是一顆顆真正的的系統(tǒng)芯芯片(SoC)CMOS解決方案案。這種種解決方方案能夠夠提高性性能并滿滿足以ZigBee為基礎的的2.4GHzISM波段應用用以及對對低成本本、低功功耗的要要求。它它結合一一個高性性能2.4GHzDSSS(直接序列列擴頻)射頻收發(fā)發(fā)器核心心

28、和一顆顆工業(yè)級級小巧高高效的8051控制器。CC2430的設計結結合了8Kbyte的RAM及強大的的外圍模模塊，并并且有3種不同的的版本，他們是是根據(jù)不不同的閃閃存空間間32、64和128kByte來優(yōu)化復復雜度與與成本的的組合。CC2430芯片沿用用了以往往CC2420芯片的架架構，在在單個芯芯片上整整合了ZigBee射頻(RF)前端、內內存和微微控制器器。它使使用1個8位MCU(8051)，具有32/64/128KB可編程閃閃存和8 KB的RAM，還包含含模擬數(shù)數(shù)字轉換換器(ADC)、幾個定定時器(Timer)、AES128協(xié)同處理理器、看看門狗定定時器(WatchdogTimer)、32

29、kHz晶振的休休眠模式式定時器器、上電電復位電電路(PowerOnReset)、掉電檢檢測電路路(BrownOut Detection)以及21個可編程程I/O引腳。CC2430外圍電路路原理圖圖如左圖所示。CC2430外圍電路路原理圖圖此產(chǎn)品心心電監(jiān)測測采用綜綜合II導聯(lián)，佩佩戴時，將負極極電極片片安放在在右鎖骨骨中點下下緣，正正極電極極片安放放在左腋腋前線第第四肋間間，接地地電極安安放在劍劍突下偏偏右，三三片電極極片分別別通過三三根心電電導聯(lián)線線將實時時采集的的心電數(shù)數(shù)據(jù)送給給心電信信號處理理模塊，該心電電信號處處理模塊塊包括依依次連接接著導聯(lián)聯(lián)線的放放大器、濾波器器、模數(shù)數(shù)轉換器器，以及

30、及與放大大器電性性相連接接的時間間常數(shù)模模塊，采采集到的的人體電電信號經(jīng)經(jīng)過信號號處理模模塊中的的放大、濾波、模數(shù)轉轉換后，由該處處理模塊塊的智能能化軟件件進行數(shù)數(shù)字濾波波、波形形識別，最后將將二進制制心電數(shù)數(shù)據(jù)通過過串口傳傳送給嵌嵌入式處處理器。本產(chǎn)品使使用的體體溫傳感感器是一一種高精精度的鉑鉑電阻，其阻值值隨著人人體體溫溫值的變變化而變變化，經(jīng)經(jīng)采樣電電路后將將電阻值值轉換成成電壓值值，再經(jīng)經(jīng)過放大大和濾波波電路，將電壓壓信號傳傳送給嵌嵌入式處處理器的的指定模模數(shù)轉換換引腳，將體溫溫模擬量量轉換成成數(shù)字量量體溫值值。脈搏傳感感器是一一種壓電電式小型型壓力傳傳感器，當檢測測到脈搏搏跳動時時，

31、動態(tài)態(tài)壓力信信號通過過薄膜變變成電荷荷量，再再經(jīng)過放放大電路路和濾波波電路轉轉換成2.7V電壓信號號輸出給給嵌入式式處理器器的指定定I/O口，通過過軟件計計數(shù)的方方法便可可計算出出脈搏值值。本產(chǎn)品使使用的體體溫傳感感器是一一種高精精度的鉑鉑電阻，其阻值值隨著人人體體溫溫值的變變化而變變化，經(jīng)經(jīng)采樣電電路后將將電阻值值轉換成成電壓值值，再經(jīng)經(jīng)過放大大和濾波波電路，將電壓壓信號傳傳送給嵌嵌入式處處理器的的指定模模數(shù)轉換換引腳，將體溫溫模擬量量轉換成成數(shù)字量量體溫值值。脈搏傳感感器是一一種壓電電式小型型壓力傳傳感器，當檢測測到脈搏搏跳動時時，動態(tài)態(tài)壓力信信號通過過薄膜變變成電荷荷量，再再經(jīng)過放放大電

32、路路和濾波波電路轉轉換成2.7V電壓信號號輸出給給嵌入式式處理器器的指定定I/O口，通過過軟件計計數(shù)的方方法便可可計算出出脈搏值值。產(chǎn)品底板板PCB圖和實物物圖如下圖所示。 無線體征征檢測實實物圖及及底板PCB圖8.3.2系統(tǒng)搭建數(shù)據(jù)信息息可以通通過無線線協(xié)議IEEE802.15.4E通過無線線路由發(fā)發(fā)送給家家庭無線線網(wǎng)關。家庭無無線網(wǎng)關關將數(shù)據(jù)據(jù)信息進進行協(xié)議議轉換成成以太網(wǎng)網(wǎng)數(shù)據(jù)幀幀格式后后通過交交換機將將數(shù)據(jù)幀幀轉發(fā)給給本地服服務器。本地服服務器同同樣通過過以太網(wǎng)網(wǎng)獲取到到跌倒信信息以及及心電脈脈搏信息息，對數(shù)數(shù)據(jù)幀進進行解析析后存儲儲在本地地后臺數(shù)數(shù)據(jù)庫，同時構構建遠程程訪問網(wǎng)網(wǎng)頁，這

33、這樣遠程程計算機機、3G手機、平平板計算算機在能能夠上網(wǎng)網(wǎng)的情況況下，通通過TCP/IP訪問本地地服務器器獲取跌跌倒信息息以及心心電脈搏搏信息的的數(shù)據(jù)以以及發(fā)送送控制命命令，控控制命令令通過本本地服務務器由以以太網(wǎng)發(fā)發(fā)送給家家庭多功功能無線線網(wǎng)關，由網(wǎng)關關發(fā)送給給無線路路由，再再發(fā)送給給跌倒儀儀以及心心電脈搏搏檢測儀儀解析控控制命令令并執(zhí)行行操作，這樣就就實現(xiàn)了了IEEE802.15.4E網(wǎng)絡的跌跌倒信息息以及心心電脈搏搏信息和和遠程信信息監(jiān)控控。左圖為智智能醫(yī)療療系統(tǒng)搭搭建圖。智能醫(yī)療療系統(tǒng)搭搭建圖8.3智能醫(yī)療療的應用用測試8.3.3系統(tǒng)測試試及驗證證針對跌倒倒檢測儀儀和心電電脈搏檢檢測儀

34、的的硬件首首先對其其完成了了高低溫溫測試。測試地地點選擇擇在重慶慶郵電大大學自動動化學院院工程實實訓中心心。測試試平臺采采用的是是重慶漢漢巴試驗驗設備有有限公司司(HANBA)生產(chǎn)的高高低溫濕濕熱試驗驗箱，型型號為HUT703P，該儀器器是參照照GB10586-89濕熱試驗驗箱相應應技術生生產(chǎn)的?？梢詫υO備整整體(或部件)、儀器、材料等等物件做做溫濕度度檢測試試驗、高高低溫例例行試驗驗、耐寒寒試驗，以便檢檢測被測測品的適適應性或或對試驗驗品的性性能做出出評價。在高低溫溫測試中中，分為為高溫和和低溫兩兩個流程程來完成成：低低溫測試試。測試試溫度范范圍是：-400，采用用定值運運行模式式，測試試

35、時間為為30分鐘；高溫測測試。溫溫度范圍圍：080，同樣樣采用定定值運行行模式，測試時時間為30分鐘。左圖為設備正在測試試儀器中中進行測測試。高低溫測測試圖測試過程程。首先先在測試試之前將將跌倒檢檢測儀和和心電脈脈搏檢測測儀進行行上電工工作測試試確保測測試前是是能正常常工作的的。然后后將其放放入高低低溫測試試儀中分分別進行行低溫和和高溫測測試，在在低溫測測試完后后，再次次打開設設備檢查查其是否否能正常常工作，通過檢檢測發(fā)現(xiàn)現(xiàn)，經(jīng)過過低溫測測試后的的跌倒檢檢測儀和和心電脈脈搏檢測測儀依然然能正常常工作，說明其其低溫檢檢測通過過。然后后再進行行高溫測測試，將將測試溫溫度設置置為080，同樣樣在測試

36、試前確保保設備能能正常工工作，經(jīng)經(jīng)過三十十分鐘的的測試后后，拿出出設備再再次檢測測其是否否能正常常工作，通過檢檢測發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在經(jīng)過過高溫測測試后的的跌倒檢檢測儀和和心電脈脈搏檢測測儀依然然能正常常工作，因此說說明它通通過了高高溫測試試。1)設備測試試針對跌倒倒檢測儀儀，根據(jù)據(jù)中華人人民共和和國國家家標準GB/T2423.8-1995(電工電子子產(chǎn)品環(huán)環(huán)境試驗驗，第二二部分：試驗方方法，實實驗Ed：自由跌跌落)對其做了了自由跌跌落測試試，測試試的目的的主要是是為了測測試設備備的外殼殼的耐用用程度和和內部硬硬件設備備的抗摔摔性能。測試地地點選擇擇在重慶慶郵電大大學自動動化學院院工程實實訓中心心。測試試

37、平臺采采用的是是重慶漢漢巴試驗驗設備有有限公司司(HANBA)生產(chǎn)的單單翼手機機跌落試試驗機，型號為為WD-DY-1500。該單翼翼手機跌跌落試驗驗機，可可以對設設備進行行設定高高度的自自由跌落落測試。下圖為設備跌跌落測試試過程。(a)跌落試驗驗機(b)設定高度度(c)設備正在在跌落根據(jù)跌落落測試標標準GB/T2423.8-1995并結合設設備的實實際應用用場景，這里共共進行了了3種高度的的測試，這3種高度分分別為900mm、1000mm、1200mm。針對內內部硬件件設備的的抗摔性性能測試試，每種種高度分分別進行行了50次跌落測測試，共共150次測試。針對設設備外殼殼的耐摔摔程度的的測試，對

38、設備備的外殼殼的“面面”進行行了高度度為900mm的15次測試和和高度為為1200mm的5次“棱”的跌落落測試。在測試過過程中針針對每種種跌落高高度，設設備每跌跌落5次就進行行一次功功能測試試，看跌跌落后設設備是否否還能正正常工作作。通過測試試過程發(fā)發(fā)現(xiàn)，在在3種高度的的共150次測試中中，設備備的內部部硬件結結構沒有有被摔壞壞，在150次跌落測測試后設設備仍然然能正常常工作。在設備備的外殼殼的“面面”的測測試中，在高度度為900mm的外殼“面”的的測試中中，測試試到第15次時設備備的外殼殼的蓋子子被摔開開，但是是扣上后后仍然完完好。在在針對設設備外殼殼“棱”的高度度為1200mm在5次測試中

39、中，在第第4次跌落時時設備外外殼的菱菱角被摔摔裂。因此通過過測試表表明，跌跌倒檢測測儀的內內部硬件件結構通通過了跌跌落測試試，但是是設備外外殼的耐耐摔性能能并不是是很好，如果要要加強外外殼的耐耐摔性，可以通通過訂制制硅膠外外殼的方方式提高高其耐摔摔性能。2)設備電磁磁兼容測測試針對跌倒倒檢測儀儀，盡管管單個設設備的功功率并不不大，但但是由于于距離近近可能會會引起局局部場強強很大的的可能，例如，靠近移移動無線線收發(fā)基基站、無無線電臺臺或者工工業(yè)電磁磁輻射源源等，他他們工作作時都可可能對設設備產(chǎn)生生輻射，針對這這些可能能出現(xiàn)的的情況，這里對對設備做做了射頻頻電磁場場輻射抗抗擾能力力測試。測試地點點

40、選擇在在在重慶慶郵電大大學自動動化學院院工程實實訓中心心。通過過使用重重慶郵電電大學自自動化學學院工程程實訓中中心的電電磁兼容容設備，依據(jù)IEC61000-4-3/GBT17626.3標準，我我們共對對設備做做了13級的射頻頻電磁場場輻射抗抗擾度測測試。測測試之前前檢查設設備，確確保其測測試前是是能正常常工作的的，然后后將設備備打開放放入測試試室后，將測試試室密封封后通過過外部控控制設備備，調節(jié)節(jié)場發(fā)射射天線的的各項參參數(shù)，來來改變測測試的場場強，與與此同時時通過監(jiān)監(jiān)控顯示示器觀察察設備的的工作狀狀況。左圖所示為設設備進行行測試的的環(huán)境。測試環(huán)境境在測試過過程中通通過監(jiān)控控設備觀觀察發(fā)現(xiàn)現(xiàn)，設

41、備備的LED指示燈一一直持續(xù)續(xù)正常的的閃爍，說明設設備一直直在持續(xù)續(xù)正常的的工作。當三級級測試完完成后，取出設設備再進進行相應應的功能能測試，發(fā)現(xiàn)設設備依然然能正常常工作，說明設設備通過過了電磁磁兼容測測試。3)系統(tǒng)整體體功能應應用驗證證及測試試在進行整整個系統(tǒng)統(tǒng)功能的的測試中中，首先先要進行行系統(tǒng)的的測試環(huán)環(huán)境的搭搭建中，主要包包括硬件件設備的的準備和和軟件測測試環(huán)境境的搭建建以及測測試地點點的選擇擇。硬件設備備準備：跌倒檢檢測儀、三床棉棉絮、IEEE802.15.4e無線路由由器、無無線網(wǎng)關關、交換換機、公公網(wǎng)無線線路由器器、一臺臺智能家家居服務務器、一一臺監(jiān)控控主機、一部PDA、一部安安

42、卓智能能手機。軟件環(huán)境境的搭建建：針對對前面提提及到的的硬件設設備，在在測試前前分別準準備好。保證設設備都能能正常上上電工作作以及數(shù)數(shù)據(jù)的通通信。系統(tǒng)測試試地點選選擇的是是實驗室室按照家家居裝飾飾的展廳廳內。其其中家居居的布局局圖如左圖所示。家居測試試環(huán)境布布局圖根據(jù)系統(tǒng)統(tǒng)的需求求分析，這里設設計實現(xiàn)現(xiàn)的跌倒倒檢測儀儀的主要要功能有有跌倒檢檢測本地地報警、遠程報報警、主主動求救救報警、取消報報警等功功能。為為了驗證證這些功功能，這這里組織織了日常常生活活活動和跌跌倒的模模擬測試試。日常常生活活活動實驗驗模擬測測試主要要模擬測測試了以以下項目目：正常常行走、正常的的坐下、起身、正常的的蹲下、起身

43、、上樓、下樓、躺下。跌倒模模擬實驗驗測試主主要做了了向左、向右、向前、向后跌跌倒。在整個系系統(tǒng)搭建建起來以以后，將將跌倒檢檢測儀按按照X軸在左右右方向上上、Y軸在上下下方向上上、Z軸在前后后方向上上，將跌跌倒檢測測儀佩戴戴在測試試用戶的的腰部位位置上。在跌倒倒檢測儀儀佩戴好好以后，佩戴測測試參與與者就開開始模擬擬各種正正常的日日?；顒觿樱约凹霸诟鱾€個方向上上的跌倒倒。因為模擬擬實驗測測試具有有一定的的危險性性，所以以這里并并沒有請請老人參參與模擬擬實驗，本次實實驗測試試分為4組同學分分別佩戴戴檢測儀儀后在鋪鋪在地上上的棉絮絮上完成成。針對對每一個個項目，每組同同學分別別進行50次模擬測測試，

44、測測試結果果統(tǒng)計分分析見表表1和表2。續(xù)表測試項目名稱測試者1 測試者2 測試者3 測試者4 總次數(shù)測試次數(shù)報警次數(shù)測試次數(shù)報警次數(shù)測試次數(shù)報警次數(shù)測試次數(shù)報警測試總測試次總報警次數(shù)數(shù)正常行走5005005005002000正常坐下5005025015002003正常起身5005005005002000正常蹲下5005005005002000蹲下起身5005005005002000正常上樓5005005005002000正常下樓5005015005002001正常躺下5005005005002000表1正常日常常生活活活動模擬擬測試數(shù)數(shù)據(jù)表從表1的統(tǒng)計中中發(fā)現(xiàn)，在對各各種正常常的日常?；顒拥牡?/p>

45、每個項項目的200次模擬實實驗中，除了在在正常坐坐下項目目的模擬擬實驗中中出現(xiàn)了了誤報以以外，其其他項目目都沒有有出現(xiàn)誤誤報。經(jīng)經(jīng)過分析析發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)誤誤報的原原因是測測試者在在測試的的過程中中快速坐坐下，坐坐下后并并半躺下下從而導導致了誤誤報，因因為在快快速坐下下的過程程中加速速度SVM變化過大大且接近近于跌倒倒時SVM的變化，同時坐坐下之后后又處于于半躺的的狀態(tài)，導致了了跌倒檢檢測儀誤誤認為人人體發(fā)生生了跌倒倒。表2各種跌倒倒模擬測測試數(shù)據(jù)據(jù)表測試項目名稱測試者1測試者2測試者3測試者4總次數(shù)準確率%測試次數(shù)報警次數(shù)測試次數(shù)報警次數(shù)測試次數(shù)報警次數(shù)測試次數(shù)報警次數(shù)測試總數(shù)報警總數(shù)向前跌倒50

46、4450465044504520017989.5向后跌倒504550475046504720018592.5向左跌倒504450455045504520018190.5向右跌倒504550445046504520018090從表2中統(tǒng)計的的數(shù)據(jù)發(fā)發(fā)現(xiàn)，在在對跌倒倒項目的的每個項項目進行行的200次模擬測測試中，測試報報警的報報警率最最高，達達到了92.5%；最低報報警率是是89.5%。其中，報警率率最高的的是在向向后跌倒倒的測試試中；報報警率最最低的是是在向前前跌倒的的測試中中。經(jīng)過分析析發(fā)現(xiàn)，當人們們向前跌跌倒時，在身體體著地的的時候，人們會會有意識識地通過過彎曲雙雙腿和使使用雙手手去進行行緩沖著著地，那那樣就會會導致人人們在跌跌倒過程程中加速速度SVM的沖擊值值減小，使身體體著地時時的加速速度SVM值可能無無法達到到我們設設定的SVM閾值，導導致系統(tǒng)統(tǒng)無法檢檢測到跌跌倒的發(fā)發(fā)生。而而報警率率最高是是在向后后跌倒模模擬實驗驗中，因因為在人人們向前前、向左左、向右右的跌倒倒中，人人們要么么可以通通過雙手手或者單單手或同同時彎曲曲雙腿的的方式對對跌倒進進行一定定的緩沖沖，在一一定程度度上將會會降低人人們跌倒倒的高度度，使得得人們在在著地時時產(chǎn)生的的沖擊加加速度SVM減小，從從而會在在一定程程度上導導致漏報報的出現(xiàn)現(xiàn)，而在在向后的的跌倒中中，