智能健康终端系统设计

    王宇航+黄岑宇+尹悦悦

    

    

    

    摘 要：智能健康终端系统针对现有智能健康监测设备分散，健康数据采集单一的不足，充分利用现有资源，利用多个可选式配套组件获取用户健康参数监测结果，利用智能健康终端收集上述健康参数监测结果，并加入了对环境信息的采集，为用户提供更为准确的健康状态判断和进行更为有效的健康监督。

    关键词：智能健康；信息采集；生理参数监测

    随着社会的高速发展和人民生活水平的普遍提高，越来越多的人更加重视健康问题。同时，伴随着电子信息技术的快速发展，各种可穿戴智能设备正悄无声息地改变着人们的生活，为人们提供基本健康数据监测，可穿戴智能设备更像是健康的监督官，时刻提醒用户关注自己的身体健康状态，督促用户养成良好的生活习惯。

    目前，智能手环是一种最为常见的智能穿戴设备，常被人们用来监测健康数据，各种设计的智能手环层出不穷。此外，家中的各种身体检测仪器例如电子血压计、血糖仪等也都呈现智能化趋势，能将检测的数据保存并上传。然而，并没有专门的健康终端，能够将各种监测仪器所获取的健康数据进行统一的收集和利用。

    本文在研究便携式智能设备以及健康装置的基础上，设计了一种智能健康终端系统，其可利用多个可选式配套组件获取用户健康参数监测结果，并利用智能健康终端收集上述健康参数监测结果，为用户提供更为准确的健康状态判断和进行更为有效的健康监督。本文包括智能健康终端的系统设计、硬件配置以及软件模块等，并重点对整个系统架构进行了论证。

    1 智能健康终端系统的系统设计

    对于一个智能终端而言，其不仅要具有功能集合，并且还要满足小型化的设计要求。本系统的智能健康终端系统框架组成如图1所示，包括智能健康终端和可选式配套组件。可选式配套组件为用户健康参数监测设备，包括人体监测数据获取组件和环境监测数据获取组件。人体监测数据获取组件包括智能手环、智能体温计、智能血压计、智能血糖仪等。智能手环可用于获得用户的运动量、睡眠质量、心率、血氧饱和度等数据，智能体温计可用于获得用户的体温数据，智能血压计可用于获得用户的血压数据，智能血糖仪可用于获得用户的血糖数据。环境监测数据获取组件包括环境监测器，环境监测器用于获得用户所处位置的包括温度、湿度、空气质量在内的环境数据。智能健康终端可无线接收同一用户的上述所有可选式配套组件获取的监测数据，以便于结合用户的健康状况（人体监测数据）以及当前环境（环境监测数据）提供相应的提示信息。

    该智能健康终端系统整体架构如图1所示，包括单片机模块、电源模块、传感监测模块、输入模块、输出模块、存储模块、通讯模块以及传感器监测模块。输入模块包括摄像头、音频模块以及液晶屏模块，可以通过语音、图形以及文字输入，同时也可以通过通讯模块将数据导入，并应用自动识别技术将输入的信息进行识别，将有用的信息自动填入相关的数据表格。通讯模块包括GPS定位模块、无线网以及ZigBee连接模块，可以使该终端与手机、计算机、远程服器等设备相连，向远程设备报告结果或者从远程设备上导入数据。电源模块可以对单片机模块、传感器模块以及输入输出等需要供电的模块进行供电，存储模块为外部存储模块，可以将健康数据存入存储模块进行备份。传感监测模块包括人体检测传感器以及环境监测传感器，人体检测传感器可以对人体的心率、血氧、体温、心电、血压等健康数据进行检测，同时具有计步器、睡眠质量监测等功能，环境监测传感器具有环境监测功能，可以对人体所处的环境进行监测，包括温度、湿度、空气质量、光线等等，可以结合人体的健康状况以及当前环境提供报警信息。

    2 系统硬件模块组成

    智能健康终端构造与手机类似，但体积小于手机，如图2所示。智能健康终端包括中央处理模块、交互模块、通信模块、GPS模块、存储模块以及电源模块。其中，中央处理模块包括主控MCU，中央处理模块分别与交互模块、通信模块、GPS模块、存储模块相连接并用于对各模块进行控制。

    交互模块包括摄像头模块、音频模块以及触摸屏模块。摄像头模块包括分别位于智能健康终端的正面和反面的两个摄像头，用于获取用户的图像输入信息。音频模块包括位于智能健康终端侧面的语音口，用于获取用户的语音输入信息。触摸屏模块包括位于智能健康终端的正面的显示屏，用于获取用户的操作输入信息以及对相关信息进行显示。

    通信模块包括无线网络连接模块和组件连接模块。无线网络连接模块采用WiFi，用于实现所述智能健康终端与手机、计算机或者云端服务器的连接。组件连接模块采用WiFi、蓝牙或ZigBee，用于实现智能健康终端与各个可选式配套组件之间的连接，以从可选式配套组件获取实时监测的包括人体监测数据和环境监测数据在内的用户健康参数。

    GPS模块用于对用户进行定位，并将用户的实时地理位置信息传送至中央处理模块。存储模块为外部存储模块，用于存储用户的健康模型、健康计划以及备份各种相关健康数据。电源模块为太阳能电池或者可充电锂电池，用于对以上各模块进行供电。

    3 系统主要软件功能模块

    文章针对硬件模块设计了主要的软件功能模块，如图3所示，包括健康模型建立模块、健康数据处理模块、健康计划生成模块、健康监督模块、环境预警模块以及紧急报警模块。健康模型建立模块可以通过用户输入的数据进行选择，并建立与用户相适应的个性化健康模型，健康数据处理模块对用户数据进行处理，同时根据处理的结果将数据输入其他模块，健康计划生成模块可以根据用户的健康数据以及用户本身的自身数据生成用户的健康计划，比如用户的饮食计划、锻炼计划等等，并与健康监督模块相连接，在固定的时间对用户进行计划项目的健康预警。环境预警模块可以对用户所处的环境进行监测，当外部环境出现威胁用户健康的数据时及时对用户进行预警通知。紧急报警模块可以对用户的健康相关的威胁数据进行报警，从而让用户可以针对自己的健康状态有非常形象化的认识，并且帮助用户建立健康规划。

    4 结语

    智能健康信息采集终端系统的设计主要包含对信息采集模块的设计，该系统有效利用多个可选式配套组件获取用户健康参数监测结果，并将环境数据纳入检测范围，为用户提供更为准确的健康状态判断和进行更为有效的健康监督。为保证健康信息采集的长期性和连续性，采集系统还应不断吸收先进傳感器、网络、信息技术的最新研究成果。由于信息数据量大，针对健康信息的有效数据处理，是日后研究的重点。

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