留守老人健康监测系统设计

(整期优先)网络出版时间:2022-07-28
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留守老人健康监测系统设计

周永生,崔世学,董香丽

山东协和学院 计算机学院 山东济南 250109

摘  要物联网技术的出现和发展为家庭健康的发展提供了重大的契机。本系统就是运用物联网技术设计一款基于Tlink物联网-工业物联网平台的面向留守老人以及其他相关居家患者健康监测系统,在系统中STM32F103C8T6芯片管理连接到终端的各类传感器。系统将采集的各项基本体征数据通过WiFi模块上传到云端,云平台将数据实时同步并且下发到使用终端,从而达到对使用者相关体征数据实时监测的效果。

关键词:健康在线监测;STM32;Tlink物联网平台

引言

在线治疗、家庭医疗已经成为了当前社会发展的趋势,更是人民健康和社会发展的一道重要保障。但是由于我国相关领域起步较晚,相关的技术还不是非常的成熟,提供的服务无法满足大众需求的增长,相关人才的集中也导致基层医疗资源和设施相对薄弱。物联网技术的发展可以在一定程度上缓解各类问题所带来的影响,合理利用先进的科学技术去缓解需求与供应矛盾也是一个非常好的方式。

本系统所研究的留守老人健康监测是通过一系列传感器实时采集体征信息,利用无线通信模块实现对采集信息的上传和云管理平台命令的下发,实现了对使用者体征的实时监测。虽说本系统主要针对人群为留守老人,但在一些情况下无法前往医疗机构就诊的相关患者也可以通过本系统在线监测基本的生命体征。

系统总体设计

本系统主要检测最基础的四项体征数据,包括体温数据、血压数据、血氧数据以及心率数据,任何治疗和康复等行为都是在保持基本生命体征体征正常的基础之上的。在本系统中,使用者的相关体征数据由信息采集模块收集并通过ESP8266模块上传至云平台,系统功能框图如图1所示。

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图1  系统功能框图

系统硬件选型及设计

3.1  STM32主控芯片

系统采用STM32F103C8T6开发板作为主控芯片,这是非常常用的一款开发板,芯片的工作场景是比较多元的,其正常的工作电压和工作温度的范围较广,可以保证系统在不同环境下都可以正常运行。STM32F103C8T6在本系统中主要实现的是将各个采集相关体征的模块进行管理并收集它们采集到的数据和参数用以管理和上传。

3.2  无线通信模块

本系统采用的WiFi模块ESP8266,其具有封装方式多样、封装尺寸小及超低能耗等功能,支持UART/GPIO数据通信接口,还有应用处理器的作用。由此将WiFi无线网络与手机电脑等设备相互联系,进行信息传输,网络互联。选用的模块可应用如下工作模式:STA、AP及STA+AP。此系统所应用的模式为STA模式,系统通过此模块连接WiFi来连接互联网,并完成系统和云平台的数据传送。

3.3  信息采集模块

本系统的信息采集模块部分选用了MAX30102心率血氧传感器、DS18B20数字温度传感器以及可变电阻来完成对相关数据的采集。MAX30102是集脉率血氧含量计和心率监测仪于一体的模块,可以方便地同时采集心率和血氧数据;DS18B20数字温度传感器用于测量体温数据,用其进行数字信号上传,接线简单,具有成本低、体积小、精度高、抗干扰等特点;鉴于系统功能特殊性以及配件性价比,系统采用可变电阻模拟血压信号,也有便于后续的异常功能测试。

3.4  Tlink物联网-工业物联网平台

本系统采用的是Tlink物联网-工业物联网平台作为云端服务器,TLINK平台基本涵盖所有工业行业所需通讯协议,支持接入的传感器种类基本涵盖工业应用的所有场景,目前TLINK云平台可在PC端/手机端/APP实现同步数据监控,用户甚至可以通过组态功能即搭建云组态,从而实现自定义的数据监测画面更贴近自己的需求和习惯。本系统云组态控件采用的是折线图,贴合本系统的功能。

系统软件设计

系统软件设计主要有无线网络连接、终端数据收集、自动异常报警和数据标准值调节等功能的程序设计。系统通电后,要先判定各模块是否正常启动,然后对模块进行初始化,系统进入预定工作状态。信息采集模块按照设定的时间采集相应数据并将测得所有数据由STM32主控芯片解析,由ESP8266模块打包并上传至Tlink物联网平台。用户可以直接通过平台控制台网页以及所设计的云组态控件对数据进行查看,并将所有数据历史保存以供调取和下载,并能以折线图形式展示出来,直观地看到数据实时变化。

系统功能测试

系统搭建完成后,进行系统的测试工作,即对体温、心率、血氧、血压检测传感器的灵敏程度进行检测,数据上传和命令下发是否顺利,然后通过手机端和电脑端的实时数据与系统OLCD屏进行对比,观察操作的执行情况,确保所设计的功能可以实现。通过多次测试,留守老人健康监测系统运行稳定,各项体征监测数值准确。云平台导出部分数据如表1所示。

表1  语音识别测试指令及识别率

时间

体温

血氧

血压

心率

2022-06-06 20:02:53

35

100

124

83

2022-06-06 20:03:04

35

100

124

83

2022-06-06 20:03:14

35

99

124

83

2022-06-06 20:03:24

35

99

124

85

2022-06-06 20:03:34

35

100

124

73

通过对系统多重测试,系统可以正常显示终端采集的各项数据,硬件可以将数据与阈值进行比较判断,当超出所设置的阈值时,进行系统的报警提醒。系统的稳定性和流畅性都比较好,整体体验感较为不错。测试结果符合预期,系统状况良好。

结语

通过对国内外相关健康领域的研究,结合当前技术发展设计了留守老人健康监测系统设计。通过各传感器可以更加全方位地对各项生命体征进行实时监测,也可远程手机端和PC网页端对使用者的各项实时体征在线进行监控,在非面对面的同时就可以实时了解到使用者健康情况的变化,在一定程度上省去了就医路上的时间以及轻症或正常体检等医患需一对一才可进行检查的耗时,也可以用于日常的基本健康体征数据的监控。可以在医护人员数量不变其情况下观察到更多患者的健康情况,根据情况优先将医疗资源给与更加需要治疗的患者。有效缓解医疗资源浪费现象,提高救治效率。由于本人专业技能与时间等条件限制,系统仍有很大的改进空间,相信今后可以通过更加深入的研究系统功能会更加完善。

参考文献

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