个人健康物联网云监护系统

梁家耀，黄用忠，刘国志，张蕙玲，向 荣

（桂林电子科技大学 电子工程与自动化学院，广西 桂林 541004）

0 引 言

有效的健康监护服务是降低慢性病死亡率和国家医疗费用支出的有效手段。当前，市场上的人体健康监护系统存在移动性、扩展性和实时性等方面的不足，因此我们研制了一种可以随时随地监护个人健康的物联网云监护系统。

1 系统整体方案设计

本系统主要由采集控制端、云服务平台和PC上位机组成，其设计方案如图1所示。

图1 设计方案

采集控制端以STM32为主控芯片，配合检测传感器组装成手环，采集人体的温度、血压和脉搏参数，使用WiFi模块将采集的数据通过MQTT协议上传到百度智能云天工物联网平台，数据以JSON格式传输。百度智能云天工物联网平台相当于数据的“中转站”，最终将数据推送给PC上位机。PC上位机将接收的数据进行解析后显示在PC界面。医生可在PC上位机界面查看采集的数据、设置各项数据的阈值、远程发送提醒短信等，实现远程监控。

2 采集方法

本项目采用MKB0908模块对人体温度、脉搏和血压参数进行采集。该采集模块主要由YK1801脉搏传感器芯片、HR6707脉搏芯片、HR6816增益芯片、SFB9712算法芯片和WD3703温度传感器组成。该模块可实现的功能包括：温度测量、心率血压采集计算、脉搏波和心电波形输出、脱离佩戴识别、人体体表温度监测、HRV-PNN50输出等。测量系统框图如图2所示。

图2 测量系统框图

2.1 血压测量方案

使用YK1801脉搏传感器采集脉搏波形，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，通过模拟前端芯片 HR607+HR6816 取得PPG对应特征点之间的时间差即脉搏传输时间（PTT），使用算法芯片SFB9712 计算血压。人体血压的升降有2种情况，一种为身体自然生理状态下，另一种为药物作用状态下。人体自然状态下的血压升高，我们所使用的模块可以有效跟随，而对于高血压病人吃药导致的血压降低或者升高，其血压的测量存在不确定性。在这种情况下，通过和病人的校正值进行比较，如果测量的血压值大于高压校正值20 mmhg便进行报警提醒。

2.2 温度测量方案

WD3703温度小板与MKB0908模块的接口J1连接，形成温度传感器。使温度小板上的WD3703传感器芯片测量面接触手腕皮肤，采集该处皮肤的实际温度，通过GPIO接口和SFB9712算法芯片连接，通过适当的算法进行温度补偿，最终得到体温值。

2.3 脉搏测量方案

使用YK1801脉搏传感器采集脉搏波，波形采用光电式容积脉搏波描记（PPG）方式感应并提取人体脉搏波。由于脉搏波（PPG）信号微弱，为获得稳定且有效的信号，我们需要确保传感器接触面和人体皮肤能够稳定可靠的接触，设计了可调节式手环。

得到的参数通过WiFi模块传入STM32F103ZET6单片机进行整合处理。

3 云数据库设计方案

本系统选择的物联网环境为百度智能云天工物联网平台，使用MQTT协议进行数据传输。MQTT 是一种低开销、低带宽占用和为远程设备提供实时可靠消息服务的即时通信协议。它最大的优点是基于订阅/发布机制，在物联网和嵌入式移动设备中广泛应用。MQTT 可以扮演3种不同的角色：发布者、订阅者和服务器。百度智能云天工物联网平台提供了固定IP和端口的MQTT 服务器作为数据转发中转站，实现了云存储功能。

本系统建立的数据库对系统进行信息管理，建立用户的个人健康档案。信息系统结构如图3所示，其由参数信息、异常参数信息、用户基本信息和账号信息组成。参数信息是用户每一次检测的数据信息，检测的参数包括体温、血压、脉搏。异常信息则是检测各参数超出阈值的异常信息。系统信息是用户的基本信息和账户信息，用户基本信息包括ID、姓名、电话号码、家属姓名和家属电话号码。账户信息则是用户登录系统的账户密码等信息。

图3 信息系统结构

在本系统设计的数据库中建立了4个表：参数表、异常参数表、用户信息表和账户信息表，其参数见表1所列。

表1 参数表

4 PC上位机设计

上位机软件选取Qt软件，Qt具有跨平台的优势，因此应用广泛。PC上位机的Qt界面主要由用户注册登录、服务器链接、实时监测和数据库查看4部分组成，如图4所示。用户注册登录，验证合格后才可以进入系统。服务器链接用于设置连接相应的云服务器。实时监测主要显示血压、体温、脉搏数据，从云平台读取数据后进行JSON解析，并将数据的变化以折线图的形式展示。数据库查看用于用户查询、增加、删除和刷新病患资料。

图4 Qt界面组成

5 结果演示

（1）将采集数据的智能手环充满电，并穿戴在人体上，然后启动电源开关；

（2）打开PC上位机软件，进入登录注册界面，选择注册，如图5（a）所示；

图5 演示结果

（3）填写用户名和密码后，点击“下一步”，完成注册，再进入登录界面，如图5（b）所示；

（4）完成登录后进入连接服务器界面，如图5（c）所示；

（5）设置服务器连接，连接成功后进入系统主界面，如图5（d）所示，折线图实时显示该患者的数据变化；

（6）点击“查看患者信息”进入患者资料信息界面，如图5（e）所示，可对患者资料进行相关操作。

6 结 语

设计的系统使用单片机通过传感器采集人体的生命体征参数，再借助WiFi模块连接百度云服务器，通过MQTT协议连接上位机。借助上位机可以查看病人的生命体征，以及病人注册的信息等，同时医生可对多个病人的体温、脉搏、血压设置阈值，当超出阈值范围时及时提醒医生。通过全面的健康监控和健康管理，能够帮助用户及时发现、解决健康问题，为国内智能化医疗与移动健康事业的发展提供参考。