基于物联网的老年人可穿戴系统研究

郭晶 田欢

兰州职业技术学院 甘肃兰州 730070

1 引言

随着现代社会物联网技术的快速发展，智能穿戴等一系列高科技产品越来越多地进入我们的生活，可穿戴智能设备倡导以人为本的“人机交互智能”，这必将是未来物联网领域的研究方向。中国目前进入老龄化社会，老年人健康检测与出行安全问题已经成为社会关注的要点。针对老年人的健康状况，智能穿戴设备能够实时对人体生理信号进行获取，并传输到手机或者PC 端监测系统，对老年人的日常健康监护及生活、医疗机构参考生理数据等方面有重要的实用价值。

2 老年人可穿戴系统设计方案

本系统采取分散监控、集中操作和分级管理的方法进行设计，硬件架构包括：体征信息采集模块、处理模块、通信模块以及云平台等几个模块。终端系统通过实时心率监控，将老年人实时体征及位置信息通过数据业务送到云平台，控制中心处理并发布，实现老年人位置及体征实时检测；数据云平台系统，实现智能终端数据汇总分析，看护人员可以通过APP 随时获取老年人信息，也可通过云平台自行设定报警阈值，当触发阈值，就可以自动报警。

3 可穿戴智能设备终端设计

终端节点是基于可穿戴微电子技术、多路传感器集成技术、多数据融合技术和无线通信技术等，由传感器模块、控制处理器、无线传输模块、电源管理及充电电路五个部分组成。智能穿戴设备采集老人的各种生理数据，包括心率、血压、体温、移动速度等，各种传感器得到的电信号经模数转换后，将模拟信号转换成数据，再经过GPRS、ZigBee或蓝牙模块将数据发送到服务器或手机等移动端。智能穿戴设备要保证在不同极端情况下的可靠性，防水、防震、耐高温等都是设计电路板时要考虑的。终端设计结构如图1所示。

图1 可穿戴智能设备终端设计结构图

3.1 危险状态预警电路接口

预警电路接口是基于MEMS 的惯性传感单元来对人体姿态及跌倒进行检测，其内嵌跌倒预警算法，通过对三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计等多模态高精度传感器以组合测量的方式来对人体姿态进行综合检测。

3.2 走失预警结构

设定穿戴者的活动范围，穿戴者若超出设定的活动范围，数据中心迅速推送警告至PC 端、手机和平板移动端，PC 端、手机和平板移动端的监护人判定是否为迷路或失踪，若确定穿戴者未迷路或失踪，可取消警告。穿戴者未超出设定的活动范围，监护人也可自行设置为丢失状态。设定丢失状态的意义在于能及时发现穿戴者的去向并自动报警，配合警方在最短时间内找到穿戴者。

图2 老年人可穿戴系统软件模块架构

3.3 云计算信息加密

为保护穿戴者的生理数据隐私，智能穿戴设备在发送数据前将基层数据封装加密，即使非法上位机获得了智能穿戴设备的数据包，也不能成功解密数据包。手机端收到蓝牙传输的数据信息，自动通过移动互联网上传到云平台，由云平台提供包括体温、心脉及位置等数据的计算，并在云计算平台加密数据上传密文到云服务提供商。云服务提供商将密文重加密为用户公钥加密的密文，再将异常数据和正常数据发送到客户端。

4 老年人可穿戴系统软件模块架构

系统的软件设计以可靠性、安全性为基本原则，以模块化、可扩展升级为指导来进行设计，可分为智能穿戴单元、远程管理单元和云平台信息加密单元，如图2所示。

（1）终端监测单元。位于系统结构的下层，实现对老年人的生理情况以及人身安全进行实时监制功能，并通过数据网络传至云平台，以供看护人员随时监测位置及健康状态。需要硬件与软件配合，以便实现其功能。

（2）远程管理单元。位于系统结构的上层，实现人身管理单元上传数据的综合分析与处理功能。通过将所有数据上传到云平台进行数据处理分析，实现险情监测及判断，并将结果发回客户端。远程管理单元主要依靠软件系统实现其功能。

（3）云平台数据处理单元。在后台数据中心记录穿戴者的身体生理轨迹。智能穿戴设备按照编写的协议，完成数据存储、显示、声光报警、历史数据查询及打印报表等功能，可运用云计算快速处理分析数据。并根据设定的阈值,当穿戴者处于危险生理状态时，能及时向看护人员发送信息预警。

5 结语

本文研究目标是设计一款针对老年人健康状况实时监测并上报险情预警的可穿戴智能设备及智能监测系统，对监测对象健康状况及实时定位的参数进行采集分析，同时将参数通过无线传输协议传递到云平台数据处理系统，以达到可视化及数据存储等要求，为老年人的健康状况监测提供相应依据，以期解决当前社会的诸多老龄化问题。