基于可穿戴设备的远程健康监护系统设计

发布时间：2020-03-24 09:55

【摘要】：随着中国人口老龄化现象日趋严重,医疗资源得不到合理分配,现有的医疗体系结构负担不断加重。在这一趋势下,老年人远程健康监护技术应运而生。21世纪以来随着可穿戴设备技术兴起,无线通信技术及新型传感器技术的发展,基于可穿戴设备的远程健康监护系统(Wearable Healthcare Systems)已成为众多科研机构重点关注的领域。该系统可不受时间、空间的限制,为老年人群体提供长时间动态体征参数监测及跌倒检测报警,对提高老年人的生活健康保障具有重要意义。本课题设计了一种新型的基于可穿戴设备远程健康监护系统,系统集成了体征参数监测及老年人跌倒报警机制。系统采用以腕带终端为主设备、腰带终端为从设备的形式展现,系统主设备主要采集人体体征参数、定位当前位置及发送报警短信息,从设备主要进行人体跌倒检测,主从设备之间采用低功耗蓝牙4.0进行数据通信。在硬件设计部分,本课题完成了基于MSP432主设备部分及基于MSP430从设备部分的电路设计,其中主设备部分包括体征信息采集模块电路、蓝牙4.0通信电路、GSM通信电路、北斗卫星定位模块电路及OLED屏接口电路等外围功能模块电路设计。从设备部分包括跌倒检测模块电路及蓝牙4.0通信电路设计。主从设备均采用锂电池供电,都具有完善的锂电池保护及管理单元。在软件设计部分,本课题完成了主从设备的主程序及各功能模块子程序的设计,其中主设备部分包括MSP432初始化配置程序、IIC通信程序、蓝牙4.0通信程序、GSM通信程序等相关程序设计。从设备部分包括MSP430初始化配置程序、蓝牙4.0通信程序及跌倒检测算法程序设计。跌倒检测算法部分,通过分析对比目前成熟跌倒检测技术及跌倒识别判断方法,系统最终采用基于可穿戴式传感器跌倒检测技术,并运用阈值判别法进行跌倒识别检测。为了保证跌倒检测算法的准确性及可靠性,系统同时采集人体加速度及人体倾角的变化数据,设定合理的阈值,组合判断是否发生跌倒险情。该算法判断准确率高,同时避免了较大的数据计算量。通过对本系统的主要功能模块测试及跌倒模拟实验,结果证明:本系统可实现实时动态监测人体体征信号变化及用户当前是否发生跌倒险情,当用户出现任何参数异常时,系统可及时发出报警信息并提供相应位置信息。系统符合预期的设计目标,具有可穿戴性、实时性、准确性、智能性等特点,具有较高的理论研究价值及广阔的应用前景。
【图文】：

老龄人口,增长情况

1 绪论1 绪论1.1 课题研究背景及意义自 1999 年中国步入人口老龄化社会以来，中国人口老龄化现象日趋严重。《中国老龄社会与养老保障发展报（2016）》指出，由于中国老年人口基数大、增长速快的原因，当前中国老年人群体逐渐呈现空巢化趋势[1]。报告同时指出，预计到 20年，60 岁及以上人群将达到近 4.4 亿人，占中国人口总额的 34％，自此中国开始进入深度人口老龄化阶段[2]。庞大的人口基数和老龄化进程不断加重现有医疗健康系的负担，现有医疗系统资源使得只有 2％～5％的老人享受到专业医疗健康服务。此外，生活习惯和情感因素使许多老人更希望和自己的亲人一起生活，但依靠年轻人顾家庭的传统养老模式已经不再适用。在这一社会背景下，必然会加快老年人远程康监护技术的发展。

系统总体设计,方案,健康监护,体征

2 系统总体方案设计及关键技术研究2.1 系统总体方案设计虽然早期的健康监护系统能够实现用户生理指标的监测不再受限于在医院进行但因为体征信号的采集过程仍依靠于专业仪器且过程中用户活动范围有限，仍然无法满足长时间动态监测用户体征及有效处理突发意外的要求[14]。为了更好地解决目前健康监护系统中存在的上述问题，本课题致力于研究设计出一种基于可穿戴设备的远程健康监护系统，系统的终端设备是以腕带为主设备和腰带为从设备形式展现，主从设备之间采用低功耗蓝牙 4.0 进行无线数据通信。主设备腕带终端主要功能是采集用户体征信息，并且主设备上配有 GSM 通信模块和定位模块，，为监控设备手机发送相关信息及提供位置信息。从设备腰带终端的主要功能是检测用户是否发生跌倒险情。系统在用户体征信号异常或出现跌倒险情时，须及时发送报警信息。系统总体设计方案如图 2-1 所示。
【学位授予单位】：西安工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP368.33;TP274

【参考文献】