一種物聯網環境下居家養老健康信息感知分析和預警系統技術方案

本發明專利技術公開了一種居家養老健康信息感知分析和預警系統，使用于物聯網環境，分為健康信息獲取層、數據接入處理層、智慧網絡服務層；所述健康信息獲取層利用不同的傳感器從人體上獲取心電信號、血氧濃度和運動狀態原始信息來滿足健康信息獲知層的需要；所述數據接入處理層是將與系統所需不一致的數據類型進行轉換，利用傳感器的源代碼找出各模塊現有的數據類型格式用一套新的算法進行相應的轉換，將經過整合后含有血氧、心電和加速度信息的數據通過網絡傳送給服務器；所述智慧網絡服務層是接收、存儲傳感器所采集的健康信息數據，并通過軟件對各類健康信息實時分析，同時添加預警功能。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及居家老年人健康信息監測，利用物聯網、數據庫、藍牙傳輸、串口鏈接等技術，研制可穿戴健康監測預警終端。
技術介紹
物聯網是繼計算機、互聯網的應用與普及之后，蓬勃興起的世界信息技術革命的第三次浪潮，它有廣闊的應用領域，遍及智能運輸、智能建筑、遙感勘測、環境保護、工業自動化、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防等領域，無疑是當今世界備受矚目的焦點之一。在物聯網技術盛行的今天，人們越來越注重于技術與生活的緊密聯系，隨著人口老齡化進程的加速和亞健康人群的增多，慢性病例數量急劇增長，這給醫療帶來了沉重負擔。因此，為了提供持續有效的健康服務、降低潛在的健康隱患，設計更為完善的人體健康監測系統成為一項重要的科學工程。人們已進行了基于智能輪椅的家居安全健康遠程監測系統、基于ZigBee的老年健康監護系統、養老住宅監控系統等多項研究，同時，項目負責人已經參與基于3G網絡的心電采集系統開發項目，該系統基本可以實現心電圖以及心率的采集和上傳、分析等功能。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種可穿戴的居家老年人健康信息采集預警終端，實現對居家老人生理狀況的實時監測。技術方案：一種居家養老健康信息感知分析和預警系統，使用于物聯網環境，其特征在于：網絡結構分為健康信息獲取層、數據接入處理層、智慧網絡服務層；所述健康信息獲取層包括心電采集模塊、血氧采集模塊、運動狀態采集模塊，所述心電采集模塊、血氧采集模塊、運動狀態采集模塊利用不同的傳感器從人體上獲取心電信號、血氧濃度和運動狀態原始信息來滿足健康信息獲知層的需要，所述心電采集模塊的采集參數是心電圖，所述血氧采集模塊的采集參數是血氧飽和度SPO2，所述運動狀態采集模塊的測量參數是運動狀態特征值(SVM,SVM,TA)；所述數據接入處理層是將與系統所需不一致的數據類型進行轉換，利用傳感器的源代碼找出各模塊現有的數據類型格式用一套新的算法進行相應的轉換，擬用藍牙或串口方式將三個采集模塊連接到Android開發板上，再用Android開發板對三個模塊進行數據整合，將經過整合后含有血氧、心電和加速度信息的數據通過網絡(Wi-Fi)傳送給服務器；所述智慧網絡服務層是接收、存儲傳感器所采集的健康信息數據，并通過軟件對各類健康信息實時分析，同時添加預警功能，將服務器與數據庫連接，滿足數據存儲和調用的需求；服務器提供交互界面給終端用戶，緊急情況信息傳遞：通過算法監測出發生摔倒或者心電圖和SPO2相關參數出現異常，應用程序調用短息網關功能給指定號碼發送預警短信。本專利技術所述健康信息獲取層劃分為數據感知單元、數據采集控制單元、數據傳輸單元、數據整合與交互控制單元以及第一數據接口單元；所述數據感知單元、數據采集控制單元、數據傳輸單元共同構成健康信息采集模塊，健康信息采集模塊包括心電采集模塊、血氧采集模塊以及運動狀態采集模塊；所述數據感知單元：負責獲取模擬健康信息，將心率、血氧、加速度信息轉化成的電壓變化，通過A/D轉換形成原始數字信號，交付給數據采集控制單元處理；所述數據采集控制單元：作為健康信息采集傳感器的控制核心，負責協調控制數據感知單元和數據傳輸單元，一方面對數據感知單元提供的原始數字信號進行基本算法處理，得到原始健康信息數據，另一方面響應數據傳輸單元的請求提供原始健康信息數據；所述數據傳輸單元：負責將健康信息采集模塊傳感器采集到的健康信息數據傳輸到數據整合與交互控制單元，實現時通過藍牙或串口；所述數據整合與交互控制單元：一方面，負責協調和控制三個傳感器模塊，使得三個模塊各自完成向本單元提供健康信息數據的功能，另一方面，負責整合三類不同的健康信息數據，重新規定健康信息的數據格式；所述數據接口單元：實現數據整合與交互單元和健康監測服務器的信息交互，通過REST風格的數據服務接口完成數據交互，將經過整合后的健康信息數據上傳到健康監測服務器，通過HTTP post傳輸機制實現。所述心電采集模塊的采集參數是心電圖，通過手握電極片反映心電信號的變化，再通過A/D轉化將心電信號以心電圖的形式反映到顯示界面上。所述血氧采集模塊的采集參數是血氧飽和度SPO2，采用光電容積脈搏波描記法，通過將光電傳感器套在人手指上，使用紅光(波長660nm)和近紅外光(波長940nm)作為射入光源，測定光電傳感器的光接收強度來計算血氧飽和度。所述運動狀態采集模塊的測量參數是運動狀態特征值(SVM,SVM,TA)，使用模塊化的三軸加速度傳感器和陀螺儀收集身體的運動信息，三軸加速度傳感器用于感知物體在空間X,Y,Z方向的加速度，陀螺儀則測量物理角度性的移動，再通過特征值判別算法分析人體是否發生跌倒行為。有益效果：本專利技術所設計的基于物聯網環境下居家養老健康信息感知分析和預警系統，具有明顯的智能、方便、多樣化的特性，該系統主要由心電采集模塊、血氧采集模塊、三軸加速度傳感器等部分組成，通過Android開發板的藍牙或串口獲取數據，采用客戶端-服務器思想，搭建數據庫平臺進行健康信息分析，使得該系統具備有強大數據分析和存儲功能，用模塊化的思想實現低耦合，并通過硬件改裝使得信號采集模塊更方便攜帶，最終做成一套能同時監測心電信號、血氧數據并且具有防摔預警系統的便攜式穩定遠程實時健康監測系統。該系統不同于單片機和C語言實現集成，使用Android開發板作為下位機，將三個模塊集成在同一個開發板上進行統一數據分析，反映出多項測量指標，可使受測者查看自身生理數據、監測者通過客戶端查看健康信息數據分析、受測者發生摔倒則自動發出警告信號。所以，此系統易于佩戴者或其他人觀察，方便快捷地獲取信息。附圖說明圖1為本專利技術的系統分層設計圖。圖2為本專利技術的健康信息數據獲取部分結構圖。圖3為本專利技術的預判跌倒的流程框圖。圖4為本專利技術的健康信息數據存儲與展現部分結構圖。圖5為本專利技術用例說明圖。具體實施方式以下結合附圖和具體實施例對本專利技術作進一步詳細說明。本專利技術設計的居家養老健康信息感知分析和預警系統，采用了物聯網的設計思想。如圖1所示，其網絡結構分為健康信息獲取層、數據接入處理層、智慧網絡服務層。老人居家健康信息數據可以從心率、血氧飽和度和運動狀態上采集，因此可通過三個主要的采集模塊(心電采集模塊、血氧采集模塊、防摔倒模塊)利用不同的傳感器從人體上獲取心電信號、血氧濃度和運動狀態等原始信息來滿足健康信息獲知層的需要。心電傳感器的采集參數是心電圖，血氧傳感器的采集參數是血氧飽和度SPO2，防摔預警傳感器的測量參數是運動狀態特征值(SVM,SVM,TA)。數據接入處理層是將與系統所需不一致的數據類型進行轉換。利用傳感器的源代碼找出各模塊現有的數據類型格式用一套新的算法進行相應的轉換，擬用藍牙、串口等方式將三個采集模塊連接到Android開發板上，再用Android開發板對三個模塊進行數據整合，將經過整合后含有血氧、心電和加速度信息的數據通過網絡(Wi-Fi)傳送給服務器。智慧網絡服務層的主要功能是接收、存儲傳感器所采集的健康信息數據，并通過軟件對各類健康信息實時分析，同時添加預警功能。將服務器與數據庫連接，滿足數據存儲和調用的需求。服務器提供交互界面給終端用戶。緊急情況信息傳遞：通過算法監測出發生摔倒或者心電圖和SPO2相關參數出現異常，應用程序調用短息網關功能本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種居家養老健康信息感知分析和預警系統，使用于物聯網環境，其特征在于：網絡結構分為健康信息獲取層、數據接入處理層、智慧網絡服務層；所述健康信息獲取層包括心電采集模塊、血氧采集模塊、運動狀態采集模塊，所述心電采集模塊、血氧采集模塊、運動狀態采集模塊利用不同的傳感器從人體上獲取心電信號、血氧濃度和運動狀態原始信息來滿足健康信息獲知層的需要，所述心電采集模塊的采集參數是心電圖，所述血氧采集模塊的采集參數是血氧飽和度SPO2，所述運動狀態采集模塊的測量參數是運動狀態特征值(SVM,SVM,TA)；所述數據接入處理層是將與系統所需不一致的數據類型進行轉換，利用傳感器的源代碼找出各模塊現有的數據類型格式用一套新的算法進行相應的轉換，擬用藍牙或串口方式將三個采集模塊連接到Android開發板上，再用Android開發板對三個模塊進行數據整合，將經過整合后含有血氧、心電和加速度信息的數據通過網絡(Wi?Fi)傳送給服務器；所述智慧網絡服務層是接收、存儲傳感器所采集的健康信息數據，并通過軟件對各類健康信息實時分析，同時添加預警功能，將服務器與數據庫連接，滿足數據存儲和調用的需求；服務器提供交互界面給終端用戶，緊急情況信息傳遞：通過算法監測出發生摔倒或者心電圖和SPO2相關參數出現異常，應用程序調用短息網關功能給指定號碼發送預警短信。...

【技術特征摘要】
1.一種居家養老健康信息感知分析和預警系統，使用于物聯網環境，其特征在于：網絡結構分為健康信息獲取層、數據接入處理層、智慧網絡服務層；所述健康信息獲取層包括心電采集模塊、血氧采集模塊、運動狀態采集模塊，所述心電采集模塊、血氧采集模塊、運動狀態采集模塊利用不同的傳感器從人體上獲取心電信號、血氧濃度和運動狀態原始信息來滿足健康信息獲知層的需要，所述心電采集模塊的采集參數是心電圖，所述血氧采集模塊的采集參數是血氧飽和度SPO2，所述運動狀態采集模塊的測量參數是運動狀態特征值(SVM,SVM,TA)；所述數據接入處理層是將與系統所需不一致的數據類型進行轉換，利用傳感器的源代碼找出各模塊現有的數據類型格式用一套新的算法進行相應的轉換，擬用藍牙或串口方式將三個采集模塊連接到Android開發板上，再用Android開發板對三個模塊進行數據整合，將經過整合后含有血氧、心電和加速度信息的數據通過網絡(Wi-Fi)傳送給服務器；所述智慧網絡服務層是接收、存儲傳感器所采集的健康信息數據，并通過軟件對各類健康信息實時分析，同時添加預警功能，將服務器與數據庫連接，滿足數據存儲和調用的需求；服務器提供交互界面給終端用戶，緊急情況信息傳遞：通過算法監測出發生摔倒或者心電圖和SPO2相關參數出現異常，應用程序調用短息網關功能給指定號碼發送預警短信。2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于：所述健康信息獲取層劃分為數據感知單元、數據采集控制單元、數據傳輸單元、數據整合與交互控制單元以及第一數據接口單元；所述數據感知單元、數據采集控制單元、數據傳輸單元共同構成健康信息采集模塊，健康信息采集模塊包括心電采集模塊、血氧采集模塊以及運動狀態采集模塊；所述數據感知單元：負責獲取模擬健康信息，將心率、血氧、加速度信息轉化成的電壓變化，通過A/D轉換形成原始數字信號，交付給數據采集控制單元處理；所述數據采集控制單元：作為健康信息采集傳感器的控制核心，負責協調控制數據感知單元和數據傳輸單元，一方面對數據感知單元提供的原始數字信號進行基本算法處理，得到原始健康信息數據，另一方面響應數據傳輸單元的請求提供原始健康信息數據；所述數據傳輸單元：負責將健康信息采集模塊傳感器采集到的健康信息數據傳輸到數據整合與交互控制單元，實現時通過藍牙或串口；所述數據整合與交互控制單元：一方面，負責協調和控制三個傳感器模塊，使得三個模塊各自完成向本單元提供健康信息數據的功能，另一方面，負責整合三類不同的健康信息數據，重新規定健康信息的數據格式；所述數據接口單元：實現數據整合與交互單元和健康監測服務器的信息交互，通過REST風格的數據服務接口完成數據交互，將經過整合后的健康信息數據上傳到健康監測服務器，通過HTTP post傳輸機制實現。3.根據權利要求2所述的系統，其特征在于：所述心電采集模塊的采集參數是心電圖，通過手握電極片反映心電信號的變化，再通過A/D轉化將心電信號以心電圖的形式反映到顯示界面上。4.根據權利要求2所述的系統，其特征在于：所述血氧采集模塊的采集參數是血氧飽和度SPO2，采用光電容積脈搏波描記法，通過將光電傳感器套在人手指上，使用紅光(波長660nm)和近紅外光(波長940nm)作為射入光源，測定光電傳感器的光接收強度來計算血氧飽和度。5.根據權利要求2所述的系統，其特征在于：所述運動狀態采集模塊的測量參數是運動狀態特征值(SVM,SVM,TA)，使用模塊化的三軸加速度傳感器和陀螺儀收集身體的運動信息，三軸加速度傳感器用于感知物體在空間X,Y,Z方向的加速度，陀螺儀則測量物理角度性的移動，再通過特征值判別算法分析人體是否發生跌倒行為。6...

【專利技術屬性】
技術研發人員：周宇，吳婷，張倩，嚴宇倞，朱洪波，郭永安，
申請(專利權)人：南京郵電大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32