《基于單片機的老人健康數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計【論文】》

基于單片機的老人健康數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計目錄TOC\o"1-2"\h\u7239摘要 18543緒論 219595一、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 2135291.1、國外研究現(xiàn)狀。 2130331.2、國內(nèi)研究現(xiàn)狀。 230335二、難點和創(chuàng)新之處 326542.1研究難點 3110232.2創(chuàng)新點 32942三、本選題的主要內(nèi)容和重點及可行性分析 323643四、本研究預期達到的水平和目標 49786本研究面臨的主要問題 46758五、系統(tǒng)具體設(shè)計 529435系統(tǒng)硬件設(shè)計 627225.1核心處理器 6239135.2溫度采集模塊 6240795.3心率采集模塊 624215六、結(jié)論 819777七、參考文獻 8摘要雖然現(xiàn)代科技在不斷進步與發(fā)展，但是在老年人和嬰兒比重日益增大的情況下，健康監(jiān)控的問題越來越來受社會各界人士的關(guān)注。老年人對新型的高科技產(chǎn)品的使用的不靈活，加之在病發(fā)嚴重的狀況下，不能得到及時監(jiān)控報警，錯過最佳的搶救機會，最終會釀成悲劇而后悔莫及。本文提出設(shè)計一套適合老年人和嬰兒使用的，簡單方便，全面測量生理參數(shù)的功能，并且基于ARM技術(shù)的老年人嬰兒遠程健康監(jiān)控服務系統(tǒng)。本文的研究結(jié)合具體實際情況，提出了以醫(yī)療機構(gòu)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)、以可穿戴醫(yī)療設(shè)備健康檢測為手段的全方位、立體化老年人健康管理系統(tǒng)建設(shè)方案。力圖幫助用戶打通可穿戴式設(shè)備采集的個人健康數(shù)據(jù)和存儲在醫(yī)療單位中的個人體檢、病例數(shù)據(jù)。并通過系統(tǒng)提供的統(tǒng)計分析功能幫助用戶，及時、全面的管理、檢測老年人的健康狀況。完成個人健康數(shù)據(jù)在老年人健康管理系統(tǒng)中的采集，轉(zhuǎn)換，歸集，檢索處理，并應用于實踐，實現(xiàn)從“健康監(jiān)測——分析——預警一干預”的全方位、立體化老年人健康管理。有效的提高了突發(fā)疾病的及時處置效果，降低老年人健康服務成本起到了促進作用。使研究具有一定的理論水平和實用價值。關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；老年人；健康管理系統(tǒng)；設(shè)計應用緒論國民健康水平的高低關(guān)系著國家的興衰，只有全民擁有健康的體魄，國家才能富強。醫(yī)療支出是保障公民健康的重要手段，也是國家對公民健康重視度的反映。如何整合傳統(tǒng)醫(yī)療機構(gòu)的在診斷結(jié)果方面的權(quán)威性，又能及時的發(fā)揮可穿戴醫(yī)療設(shè)備在實施監(jiān)護方面的便利性成為解決當前難題的關(guān)鍵所在。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢1.1、國外研究現(xiàn)狀。國外在遠程健康監(jiān)護技術(shù)領(lǐng)域起步較早，尤其歐美發(fā)達國家技術(shù)相對成熟，早在上世紀中旬就將其應用到軍事和航天方面，隨后相繼將遠程健康監(jiān)護技術(shù)應用到現(xiàn)實生活中，效果顯著。早在20世紀70年代，美國航天局就采用健康監(jiān)護技術(shù)對宇航員進行相關(guān)生理參數(shù)的監(jiān)測，如阿波羅登月計劃里采用多生物傳感器對宇航員進行心率、呼吸、體溫等參數(shù)的監(jiān)測，并由地面接收站的醫(yī)生提供實時的生理參數(shù)評估與健康建議。1.2、國內(nèi)研究現(xiàn)狀。國內(nèi)相對國外在遠程健康監(jiān)護方面研究起步較晚，大部分處于研發(fā)階段，系統(tǒng)規(guī)?；貞玫结t(yī)療監(jiān)護中還相對較少。到20世紀90年代后期，我國在遠程健康監(jiān)護系統(tǒng)領(lǐng)域的研究逐漸增多。第三軍醫(yī)大學的“863”家庭數(shù)字化醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)研究課題中，研發(fā)了基于PDA的多生理參數(shù)監(jiān)護網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括心電、血壓監(jiān)測、老人活動監(jiān)測等檢測與無線通信模塊，采用PDA控制采集設(shè)備并接收檢測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)與遠程監(jiān)護端的通信。難點和創(chuàng)新之處2.1研究難點根據(jù)本文的研究內(nèi)容，研究的難點包括如下幾個方面：(1)如何實現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)的健康數(shù)據(jù)整合成為本文研究的難點。針對這樣的問題，研究對分散的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一標準進行整合，并實現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一化管理。(2)如何實現(xiàn)健康數(shù)據(jù)的有效分析成為本文研究的難點。在健康數(shù)據(jù)分析方面，本文計劃針對采集到的健康數(shù)據(jù)進行分析，通過圖形化等方式展示老年人健康狀況，給出具體的健康分析報告。(3)如何實現(xiàn)老年人健康數(shù)據(jù)預警和干預成為本文研究的難點。在數(shù)據(jù)預警方面，本文計劃通過閘值判斷的方式來實現(xiàn)對異常數(shù)據(jù)的預警和管理。通過實時監(jiān)測到的異常數(shù)據(jù)進行預警，提示用戶具體的異常項目，并且通過系統(tǒng)能夠查看到具體的健康風險評估報告。在健康干預方面，本文計劃采用通過后臺健康專家分析的方式，針對預警的數(shù)據(jù)給出具體的診療處置方案，實現(xiàn)異常健康數(shù)據(jù)的全周期的管理。2.2創(chuàng)新點本文通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用，實現(xiàn)了可穿戴設(shè)備健康數(shù)據(jù)的實時采集，實現(xiàn)了老人診療信息的統(tǒng)一管理，構(gòu)建了異構(gòu)設(shè)備數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集和管理。為實現(xiàn)老年人健康數(shù)據(jù)的管理提供了支持。本選題的主要內(nèi)容和重點及可行性分析本文主要對基于物聯(lián)網(wǎng)的老年人健康管理系統(tǒng)進行了設(shè)計與實現(xiàn)。在本文研究的過程中，通過可穿戴健康設(shè)備等實時采集老年人健康數(shù)據(jù)，并且根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)對老年人健康情況進行實時預警和干預管理。實現(xiàn)對老年人健康的全周期性管理。其中本文構(gòu)建的系統(tǒng)的具體設(shè)計模塊如圖1所示其中根據(jù)本文的研究思路，其具體論文需要研究的內(nèi)容如下所示：(1)分析當前醫(yī)療健康管理系統(tǒng)的不足，以及我國老齡化的現(xiàn)狀，提出基于可穿戴設(shè)備的健康實時監(jiān)測管理方案。(2)老年人健康管理系統(tǒng)的需求進行分析。在需求調(diào)研的基礎(chǔ)之上，提出并且利用例圖的方式對該系統(tǒng)的具體用例進行分析，討論系統(tǒng)非功能性需求。(3)對老年人健康管理系統(tǒng)進行詳細的設(shè)計。并且重點論述了數(shù)據(jù)采集管理模塊如何針對不同數(shù)據(jù)源進行數(shù)據(jù)采集和處理的過程。詳細的論述了健康數(shù)據(jù)采集任務的調(diào)度和管理的具體操作時序。利用增設(shè)采集服務器的方式實現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)的體外處理，避免大量數(shù)據(jù)采集給系統(tǒng)本身造成計算處理壓力。實現(xiàn)了多數(shù)據(jù)源的有效集成和統(tǒng)一管理。進而解決本文研究需要解決的重點問題。(4)老年人健康管理系統(tǒng)的實現(xiàn)。在詳細的設(shè)計的基礎(chǔ)之上，本文利用J2EE語言和MYSQL數(shù)據(jù)庫技術(shù)對系統(tǒng)的功能進行了實現(xiàn)，詳細的展示了主要功能模塊的實現(xiàn)效果。(5)老年人健康管理系統(tǒng)的測試。在系統(tǒng)測試階段，本文計劃利用黑盒測試的方法對系統(tǒng)的功能進行測試，利用專業(yè)的軟件測試工具10admmer對軟件的集成性能進行了測試。驗證系統(tǒng)的功能和性能。本研究預期達到的水平和目標通過可穿戴設(shè)備及時實際的采集老年人的健康數(shù)據(jù)，及時準確的完成個人健康數(shù)據(jù)在老年人健康管理系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)換，歸集，檢索處理，并應用于實踐，實現(xiàn)從監(jiān)測到預警到干預的全方位、立體化老年人健康管理。有效的提高了突發(fā)疾病的及時處置效果，降低老年人健康服務成本起到了促進作用，同時為提升老年人的生活質(zhì)量有一定的實際意義，使研究具有一定的理論水平和實用價值。本研究面臨的主要問題健康數(shù)據(jù)采集整合問題。在進行老年人健康數(shù)據(jù)管理之前，需要實現(xiàn)對健康數(shù)據(jù)的采集和管理。如何采集老年人健康數(shù)據(jù)成為關(guān)鍵所在。針對這樣的問題。本文計劃采用可穿戴智能設(shè)備，通過智能設(shè)備的傳感器采集老年人的心跳、血壓、脈搏等數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)接口的方式把傳感器采集到的數(shù)據(jù)回傳到系統(tǒng)服務器。實現(xiàn)實時健康數(shù)據(jù)的采集和管理。(2)利用健康和醫(yī)療知識基于個人健康數(shù)據(jù)進行即時干預和健康指導問題。目前各大醫(yī)院、體檢機構(gòu)或可穿戴設(shè)備廠商都能獲取大量的個人健康或病例數(shù)據(jù)，但是無法對這些數(shù)據(jù)進行進一步挖掘、分析和利用。個人健康數(shù)據(jù)進行整合后，就需要對這些數(shù)據(jù)進行挖掘，并產(chǎn)生對個人健康具有實際意義的結(jié)果。我們以不同年齡段、不同性別、不同膚色的身體各項檢測區(qū)間為標準，以不同區(qū)域人群的飲食、作息、運動等習慣為標準，以不同重大病發(fā)展階段的各項身體參數(shù)為標準，對海量的、長期的、全方位的個人健康數(shù)據(jù)進行挖掘和分析，生成關(guān)于飲食、作息、運動、就醫(yī)等各種建議。并對與可穿戴監(jiān)測設(shè)備獲取的健康數(shù)據(jù)進行分析、預警，指導個人和醫(yī)護人員即時干預，應對可能發(fā)生的健康隱患(3)個人同時面對健康專家、專業(yè)醫(yī)生和各種海量健康知識的茫然問題。對于個人來說，無論對于自己的就醫(yī)、體檢等結(jié)果都會找各類專家、各種“百度知道”、朋友咨詢的形式進行了解和咨詢。但是這些分散的、不同維度、不同側(cè)重的咨詢結(jié)果都是不成體系、不全面的。我們要將各類身體指標、健康參數(shù)、病理數(shù)據(jù)也要整合進來，并且要行程一個以“人”為整體的個人健康知識數(shù)據(jù)體系。能為個人健康提供系統(tǒng)的、全局的健康咨詢服務”。系統(tǒng)具體設(shè)計圖1 系統(tǒng)總體框圖系統(tǒng)的整體流程分為四個部分，分別為生理參數(shù)采集、生理信號轉(zhuǎn)化、系統(tǒng)處理、結(jié)果輸出。生理參數(shù)的采集通過各個模塊的傳感器綜合收集到的被監(jiān)控的心率，體溫等生理的數(shù)據(jù)信號，信號轉(zhuǎn)化部分把相關(guān)的模擬生理信號經(jīng)STM32F103C8處理器處理成能識別到的數(shù)字信號，系統(tǒng)處理部分讓STM32F103C8微型處理器對上一步所得的信號進行了下一步轉(zhuǎn)化，最后的所得到被監(jiān)控人的生理參數(shù)的數(shù)據(jù)在LCD顯示屏上顯示出來，并且當溫度或心率超過設(shè)定值時或者參數(shù)的變化率較大時，進行自動報警，通過鳴笛告警通知等讓監(jiān)護人知道情況。整個系統(tǒng)設(shè)計的框圖，如圖1。系統(tǒng)硬件設(shè)計5.1核心處理器采用的STM32F103C8芯片是迷你板，所有IO端口都可被導出，其網(wǎng)絡(luò)模塊可以通過杜邦線接,可以很方便地使用以太網(wǎng)。主要是由于CPU價格低、RAM大、頻率高的特點,其性能遠遠高于51系列單片機，但是開發(fā)過程與51系列單片機一樣簡單，因此可以代替51系列單片機在許多應用中。因為STM32可以在許多的功能上可以使用，具有強大的處理復雜任務的能力，所以STM32F103C8是ARM市場上流行的ARM微控制器。5.2溫度采集模塊溫度采集模塊采用DS18B20溫度傳感器它能測量的溫度所涉及到的范圍對相對來是非常的寬的，再加之它的成本格外的低廉價，它的使用性是很受歡迎的。其分辨率為9-19位是相對來說非常的高了，它可以分辨非常低的溫度值，并且使用時間長,基于調(diào)試部分可以便捷使用以及轉(zhuǎn)換的速度也特別的快，它的工作電壓的工作范圍為3V-5.5V，工作在狹小的空間具有強大適應性。然后它的連接方式只要一條線就可以能和核心處理器連接，并且還能將數(shù)據(jù)信號進行雙向通信。5.3心率采集模塊采用Pulsesensor心率傳感器，它是一種光電式脈搏心率測量模擬傳感器，主要優(yōu)點能在老年人的中指和耳朵上穿戴著使用，它是通過身體組織細胞部分的透光率和心率的跳動具有一定的聯(lián)系，透光概率所變化的波形圖是通過心率跳動來決定的，所以可以通過所產(chǎn)生的波形在每分鐘變化的次數(shù)來間接測量心率，是非常受歡迎的一款基于光學理論具有多功能的心率脈搏傳感器,所顯示出測出來的心率的線性圖可以基于所添加的APP程序來實現(xiàn)完成,非常適合用于本次開發(fā)。采用LCD1602顯示屏，LCD1602顯示器具備著使用率高的特點，并且價格低廉，有工業(yè)字符性意義的液晶顯示屏，具有多點字符的功能。它的模塊部分字模存儲器CGROM（CharacterGeneratorROM）中固有的192個字模是使用率較高的，其中集合了八個自定義的字符，它的存儲器的英文代碼叫做CGRAM它具備有背光驅(qū)動電路功能和數(shù)據(jù)控制總線的功能來控制它的核心系統(tǒng)，數(shù)據(jù)在液晶顯示屏幕上的時間的控制可以在連接核心芯片基礎(chǔ)上，并且可以在關(guān)閉開關(guān)下得以實現(xiàn)。使用蜂鳴器作為報警功能。蜂鳴器的重要特性是通過根據(jù)極性要求增加適當?shù)闹绷麟妷簛懋a(chǎn)生自然頻率的聲音,這比揚聲器簡單。用芯片控制,用喇叭,轉(zhuǎn)化閃光,防盜警報的功能,具有安全便捷的可靠性,也可以防水,還能防止灰塵進入。按鍵模塊選擇獨立按鍵，獨立按鍵通過I/0口線方式組成每個部分的按鍵電路，每一條I/0口線占據(jù)各一個獨立按鍵，它的I/0口的線上的按鍵的工作情況影響不到另外的I/O口線的執(zhí)行情況，每個端口接口都有著一個按鍵部分接入，通過各個的按鍵電路情況來判斷接入的狀況，當將電阻下拉時候，并且的它的按鍵會彈起來，它的接口有著高電平的狀況，內(nèi)部口線接上電阻外圍的電路，這樣就可以不適用拉口電路，讀取獨立按鍵的方法分別為查詢和中斷的方式。按鍵模塊分有四個按鍵，分別控制的溫度與心率的預設(shè)值的增減值，它們都各自加入10K的電阻作為，STM32F103C8的PB12PB13PB15引腳。本系統(tǒng)實現(xiàn)目的是對人體溫度數(shù)據(jù)讀取以及心率讀取，并且通過在LCD1602顯示屏顯示數(shù)據(jù)，按鍵模塊設(shè)置溫度與心率的預置，若超過預置會發(fā)生警報聲從而達到設(shè)計的目的。結(jié)論ARM，作為微型處理核心芯片，通過連接溫度模塊（10），心率模塊（seenor），報警模塊（蜂鳴器）顯示模塊（1602）按鍵模塊的幾個部分共同構(gòu)建適用于大眾老年人和嬰兒的健康預測與監(jiān)控系統(tǒng)，據(jù)選擇的硬件方面為基準，對相應要求的軟件程序進行了編寫控制。通過自己的不斷努力地調(diào)試系統(tǒng)