老年人健康关怀监测系统设计

徐家锦，陈华强，杨小青，唐艳，何巍

（四川师范大学物理与电子工程学院，四川成都，610101）

0 引言

2015年中国65岁及以上人口为14434万人，近十年65岁及以上人口逐年增加，随着中国人口的结构即将步入老龄化，因此，养老问题的严重性和必要性浮出水面，社会对老年人的关怀问题日益凸显，因此我们准备利用所学专业知识，设计制作针对此类人群的健康关怀监测系统。本系统具有检测生理指数如血压、心跳，检测户外环境如温度、PM2.5等，实时定位，报警通知等功能，虽然目前已有的智能手环和智能手表也有类似的功能，但我们的系统能实现防走失报警，能将老人的健康状态实时与App端同步。当老年人的生理指数不正常，所处环境不适于活动，系统能够提供报警提示，将向移动APP端口发送报警信息并及时告知家人子女，具有很高的时效性，便利性，友好性。

1 系统总体设计

老年人健康关怀监测系统设计分为两个部分来实现：一是数据采集硬件部分，二是软件设计部分。

数据采集硬件部分可以分为七个模块：分别是电源模块，PM2.5模块，温度模块，GPS模块，血压脉搏模块，蓝牙模块，报警模块。

各个模块说明如下：

轮滑运动中，学生往往忽略防护装备的重要性，经过对于轮滑爱好者的调查中能够发现，约有75 %的轮滑运动者未曾进行防护用具的使用，26 %的轮滑运动者佩戴头盔保护头部不会受到伤害；13 %的轮滑运动者佩戴护肘保护肘部，同时，调查发现佩戴防护用具的大部分是老年轮滑运动者，在青年轮滑运动者中无人佩戴防护用具，因此导致大部分因轮滑运动受伤的运动者都是青年人，以上调查现象能够表明，不使用防护用具能够加大受伤的几率。

◎ 电源模块：该模块用9v电池通过稳压模块提供5v和3.3V两种电压为本系统进行稳定的供电。

2.2 烟台市红富士叶片养分含量的相关性分析 果树体内的营养元素，除与土壤养分含量有直接关系外，也与果树体内元素间的相互作用密切相关[9-11]。各元素之间既有拮抗关系，也有协同关系。众多的试验证实，营养元素间的拮抗作用相当普遍，在施肥中应予以充分考虑。对红富士果树体内养分相关性进行分析，有助于了解元素间可能产生的关系，在红富士养分管理中可根据这些关系采用适宜的措施来协调养分的平衡，有时还可以通过减少种养分的过量施用达到纠正另一种养分缺乏的目的。该研究通过对红富士叶片养分含量的相关性进行统计，探讨叶片中营养元素间的相互关系(表2)。

◎ PM2.5模块：该模块主要负责测量用户所在地区空气中细颗粒物的浓度，浓度越高，空气污染越严重。浓度超过150ug/m3时进行报警。

◎ 温度模块：该模块主要负责测量用户周围环境温度的大小。

(1)土地利用属性，该属性反映城市不同类型土地的面积比例。城市化建设势必破坏原有的植被、土壤、水体等，人工建筑物如商场、学校、学校等逐渐增多，导致自然绿色景观破碎度增大，仅存的自然、半自然绿色景观遭严重分割，绿色景观的结构、功能极度脆弱。因此，对土地利用属性的监测有利于判断区域生态环境状况。

① 借助SQLiteOpenHelper类，建立SQLite数据库，创建表，完成数据存储管理。

抗战结束以后，中国农村经济在长期战乱与自然灾害多重打击之下，风雨飘摇，农村经济政策仍以发展农业生产为主，因此合作组织仍以农业生产合作社为组织重点，农业生产合作社占比进一步增大，同时围绕农业生产之运销、消费、供给等合作社也有所发展。而信用合作社占比则持续下降，至1949年信用合作社占比已不足30%。

◎ 血压脉搏模块：该模块主要负责监测用户的血压脉搏情况，高压不在90—140范围内时进行报警，低压不在60—90范围内时进行报警，脉搏不在60—100范围时进行报警。

◎ 蓝牙模块：该模块主要负责将主控CPU接收到的数据传回手机端，在手机端显示所测数据。

◎ 报警模块：各个模块数据超出理想或者规定值时，启动各个模块的报警。数据管理显示软件部分负责收集显示硬件部分传回的数据信息。

②连接已配对的设备或配对未知的设备进行连接。

图1 系统总体设计图

2 数据采集硬件设计

本设计以STC15F2K60S2作为主控单片机，利用它的两个串口，一个用来和各模块arduino单片机从机通信，另一个通过蓝牙模块用来和手机端通信。具体为串口通过蓝牙模块接收手机端发送来的命令，加以识别并通过串口二发送获取各模块数据的命令。串口二接收完各模块的数据后，由串口一将接收到的数据通过蓝牙传给手机。

即可获得使用权。

2.1 温度模块

针对测量环境温度，我们选用的传感器是DS18B20。它支持“一线总线”接口，工作电压是3.0V～5.5V，测量温度范围在—55℃～ +125℃，在—10℃～ +85℃范围内,精度为±0.5℃。现场温度测量直接以“一线总线”的数字方式传输，显著提高了系统的抗干扰性，适合于恶劣环境的现场温度测量。DS18B20传感器通过单片机读取对应IO口的脉冲，进行时序转换即可得到对应数据。DS18B20接入arduino单片机的D2脚。

借助式(7), 可评估一个给定的有限差分格式是否倾向于产生伪波. 另外, 可调控线性格式的系数, 使之满足色散-耗散条件.

图2 数据采集硬件结构图

2.2 PM2.5模块

PM2.5模块选用的是SDS011（激光传感器），SDS011使用激光检测原理，能够得到空气中0.3～10微米悬浮颗粒物浓度，数据稳定可靠；内置风扇，数字化输出，集成度高；采用激光检测原理进行工作：由专用的激光模块产生一束特定的激光，当颗粒物经过时，其信号会被超高灵敏的数字电路模块检测到，通过对信号数据进行智能识别分析得到颗粒计数和颗粒大小，根据专业的标定技术得到粒径分布与质量浓度转换公式，最终得到跟官方单位统一的质量浓度。

SDS011测量量程是0.0—999.9微克/立方米，我们直接用单片机的串口对其读取数据。

2.3 血压脉搏模块

血压模块选用的是MKB0705，其工作电压是3.3V,该智能穿戴血压测试模块主要由YKB1712脉搏波血压传感器芯片搭配HRB6708心率脉搏芯片和算法芯片SFB9710实现。该模块的脉搏波血压传感器芯片采用光电式容积脉搏波描记（PPG）的方式感应人体的脉搏信息并加以提取，通过心率脉搏芯片HRB6708和算法芯片SFB9710输出脉搏和血压的串口信号。我们直接用单片机的串口对其读取数据。

2.4 GPS模块

GPS模块采用的是型号为ATGM332D—5N—3X，支持中国的BDS系统和美国的GPS系统。工作电压为3.3V～5V，板载EEPROM,可掉电记忆设置的波特率为数据帧等信息；板载可充电电子，可以加速热启动搜星过程，默认波特率为9600，波特率可以设置。带有SAM和IPEX两种天线接口。

GPS模块使用Ardunio的Rx0接收数据，Ardunio将采集的数据进行处理后通过模拟串口serial发送给主控机。

学校邀请医院专家共同制订教学计划，编制人才培养方案，制定课程教学标准，共同编写符合医院需求的教材，由专业建设委员会进行评审。学校在国家改革发展示范校建设期间取得的一系列专业建设成果均源于校院合作平台。

2.5 蓝牙模块

蓝牙技术是如今使用最广泛的无线通信技术之一，具有低延时，连接稳定可靠，传输速度快等优点，适合短距离数据传输。本次使用的蓝牙模块为 HC—05（主从一体）蓝牙2.0，外置8M FLASH，它具有使用灵活，操作简单，传输稳定的优点 ，适合本系统的实际需求。

图3 数据采集硬件程序流程图

3 软件设计

软件设计[5]主要有两大部分，一是安卓客户端的设计，二是主控单片机的通信设计。前者要实现蓝牙通信的数据传输和数据管理，后者要实现各模块数据的获取，与蓝牙模块的通信连接，响应安卓端的请求。

3.1 安卓客户端的设计

安卓客户端需要获取本地蓝牙的权限支持，拥有搜索蓝牙，配对蓝牙设备，连接或断开蓝牙通信连接的功能；发送数据请求命令，能读取传输过来的数据，做一定判断，满足条件再将其存入SQLite数据库，实现查询，更新，增加，删除的功能。

3.1.1 设置蓝牙[2]

（1）安卓APP要使用蓝牙必须要获得权限，在Android Manifest.xml文件中添加：

数据采集硬件结构图如图2所示，数据采集硬件程序流程图如图3所示。

利用STC15F2K60S2单片机的两个串口（Usart1 和Usart2），实现数据的串口通信交互。Usart1实现与蓝牙模块的通信[1]，Usart2实现与各模块分时请求数据的串口通信[3]。单片机通信设计需要完成串口初始化，串口中断处理，设计数据包，分时数据传输。

（2）获取本地蓝牙适配器，使能蓝牙

3.1.2 建立蓝牙连接

①搜索蓝牙设备。

软件设计部分：负责与蓝牙模块连接，请求各模块的数据，进行数据管理并在界面显示。系统总体结构如图1所示。

本文抽取的10个样本城市房地产交易额均位居全国前列，其房地产企业数量众多，交易量也颇为巨大，这表明，其区域房地产市场的竞争性仍然较强。我们再看样本城市中市场规模较大的前10位重点企业的产品销售情况，本文参考CRIC大数据和中国指数研究院发布的2015～2017年各大城市销售额TOP10的房地产企业数据 （篇幅所限，具体数据从略），测算每个样本城市的行业集中度指标CR4和CR8，通过这两个指标数据来反映区域房地产市场结构的实际情况。

③通过Socket套接字建立数据交互连接。

④利用InputStream、OutputStream流完成数据接收与命令发送。

捷太格特(JTEKT)是2006年由光洋精工(Koyo)和丰田工机(TOYODA)合并成立的一家跨国企业。作为“汽车零部件”、“轴承”、“机床”的全球综合系统供应商，捷太格特通过为客户提供世界顶级的No.1产品和Only One技术，为社会的发展持续做出贡献。捷太格特在华共设立了 25 家企业，在华员工人 数近 5 000 人。

3.1.3 数据管理[2]

区区一个村霸，何以有恃无恐、丧心病狂地横行乡里十多年，直至从个人涉黑发展到家族涉黑，竟至惊动中央由全国打黑办挂牌督办才被惩办？是当地政府对此毫不知情吗？报道中讲：“在此期间，有村民多次向河源镇反映问题，但始终没有回音。”为什么没有回音？是某些干部失察、失职、不作为，还是包庇、纵容、沆瀣一气，乃至充当保护伞？笔者不禁要问个为什么。

◎ GPS模块：该模块主要负责监测用户的活动位置，超出规定范围，模块自动报警，并在手机端显示位置信息。

② 借助ContentProvider类，实现数据的查询、更新、删除、增加等操作。数据表如表1所示。

表1 安卓端的数据存储表

3.2 单片机的通信设计

（5）在发电机不允许失磁运行时，一旦出现励磁消失故障，应该同时断开自动灭磁开关和发电机断路器开关，增设直接反应发电机失磁时电气参数变化的专用失磁保护，为及时发现故障、解决故障创造了有利的条件。比如保护配置发出信号后，由运行人员及时进行处理、自动减负荷，提升电力系统与发电机的安全性、稳定性。

3.2.1 串口初始化

① 设置串口1、串口2的波特率，使用定时器2做共享波特率发生器。

② 设置串口通信模式，波特率是否加倍，装定时器初始值。

③ 使能串口中断，打开总中断开关。

比较椭球拟合法前后的初始误差数据可以发现,使用椭球拟合法可以将加速度计初始误差由0.2 m/s2降低到0.05 m/s2以内,说明该算法可以有效对加速度计测量数据进行误差补偿,提高了加速度计测量数据的初始精度。

3.2.2 串口中断处理

①标志位清零。

那个女人飞走时，柳红才三岁，现在已经没有一点印象了，只模模糊糊地记得当时她和苏秋琴、苏石在一起玩，苏家的院子里坐着苏长河，他就像一座石佛似地坐在地上，两只白煞煞的眼睛空空洞洞地望着南天门，一动也不动。他已经坐很久了。柳红看他空洞的眼眶里慢慢地流下了眼泪，她忍不住走到他的跟前，用小小的双手抱住他大大的脑袋，抱得紧紧的。

② 读取串口数据（接收中断），校验数据包，若数据包有误，请求重发。

③ 识别命令，反馈问题。

在高中语文教学中，由于受传统应试教育的影响，许多教师仍然注重阅读效果，忽视了学生散文阅读美学的过程。许多教师过分关注学生的阅读结果，如教师提出的问题，学生的答案合理，学生回答的答案与标准答案不同。而且，由于教师教学重点的偏差，学生的学习重点也存在偏差。许多学生根据教师的讲课标准阅读散文，学生自己只关注最终阅读结果，忽视了散文阅读的审美过程。

3.2.3 设计数据包

为保证串口通信数据的正确性，采用了自定义数据包协议的方式处理。

①固定数据包长度。

② 添加帧头帧尾。

图4 软件执行流程图

3.2.4 分时数据传输

由于只能使用主控单片机的串口2 与从机进行通信，因此为保证数据的正常传输与接收，就必须分时传输数据，通过设置优先级来区分个从机的顺序。待主控单片机接收各模块数据完成后，通过串口1传给蓝牙模块，再送给安卓端接收。软件执行流程图如图4所示。

4 总结

本系统为老年人健康关怀监测系统设计，该设备是一个高度集成的数据监测系统，通过各个传感器模块的协作，实现对多方面的数据监测，达到关爱老人健康和安全的目的。该系统涉及两个部分，一是数据采集硬件部分，包括各个传感器模块，负责测量用户本身以及周围数据，通过串口将数据传给单片机。二是软件部分通过蓝牙模块建立无线传输连接，安卓端发送数据请求命令，主控单片机接收到后，就发送命令来接收各模块的数据，完成后又通过蓝牙传给手机APP端，若数据完整将存入SQLite数据库，并实现在手机界面显示各模块数据的功能。若有模块的数据出现异常，会及时地提示报警，提前防范风险。该系统适合用户在家或者外出使用，灵活好用，应用前景好，能很方便的关注到老人的健康安全问题。