一种物联网环境下居家养老健康信息感知分析和预警系统技术方案

本发明专利技术公开了一种居家养老健康信息感知分析和预警系统，使用于物联网环境，分为健康信息获取层、数据接入处理层、智慧网络服务层；所述健康信息获取层利用不同的传感器从人体上获取心电信号、血氧浓度和运动状态原始信息来满足健康信息获知层的需要；所述数据接入处理层是将与系统所需不一致的数据类型进行转换，利用传感器的源代码找出各模块现有的数据类型格式用一套新的算法进行相应的转换，将经过整合后含有血氧、心电和加速度信息的数据通过网络传送给服务器；所述智慧网络服务层是接收、存储传感器所采集的健康信息数据，并通过软件对各类健康信息实时分析，同时添加预警功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及居家老年人健康信息监测，利用物联网、数据库、蓝牙传输、串口链接等技术，研制可穿戴健康监测预警终端。
技术介绍
物联网是继计算机、互联网的应用与普及之后，蓬勃兴起的世界信息技术革命的第三次浪潮，它有广阔的应用领域，遍及智能运输、智能建筑、遥感勘测、环境保护、工业自动化、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防等领域，无疑是当今世界备受瞩目的焦点之一。在物联网技术盛行的今天，人们越来越注重于技术与生活的紧密联系，随着人口老龄化进程的加速和亚健康人群的增多，慢性病例数量急剧增长，这给医疗带来了沉重负担。因此，为了提供持续有效的健康服务、降低潜在的健康隐患，设计更为完善的人体健康监测系统成为一项重要的科学工程。人们已进行了基于智能轮椅的家居安全健康远程监测系统、基于ZigBee的老年健康监护系统、养老住宅监控系统等多项研究，同时，项目负责人已经参与基于3G网络的心电采集系统开发项目，该系统基本可以实现心电图以及心率的采集和上传、分析等功能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可穿戴的居家老年人健康信息采集预警终端，实现对居家老人生理状况的实时监测。技术方案：一种居家养老健康信息感知分析和预警系统，使用于物联网环境，其特征在于：网络结构分为健康信息获取层、数据接入处理层、智慧网络服务层；所述健康信息获取层包括心电采集模块、血氧采集模块、运动状态采集模块，所述心电采集模块、血氧采集模块、运动状态采集模块利用不同的传感器从人体上获取心电信号、血氧浓度和运动状态原始信息来满足健康信息获知层的需要，所述心电采集模块的采集参数是心电图，所述血氧采集模块的采集参数是血氧饱和度SPO2，所述运动状态采集模块的测量参数是运动状态特征值(SVM,SVM,TA)；所述数据接入处理层是将与系统所需不一致的数据类型进行转换，利用传感器的源代码找出各模块现有的数据类型格式用一套新的算法进行相应的转换，拟用蓝牙或串口方式将三个采集模块连接到Android开发板上，再用Android开发板对三个模块进行数据整合，将经过整合后含有血氧、心电和加速度信息的数据通过网络(Wi-Fi)传送给服务器；所述智慧网络服务层是接收、存储传感器所采集的健康信息数据，并通过软件对各类健康信息实时分析，同时添加预警功能，将服务器与数据库连接，满足数据存储和调用的需求；服务器提供交互界面给终端用户，紧急情况信息传递：通过算法监测出发生摔倒或者心电图和SPO2相关参数出现异常，应用程序调用短息网关功能给指定号码发送预警短信。本专利技术所述健康信息获取层划分为数据感知单元、数据采集控制单元、数据传输单元、数据整合与交互控制单元以及第一数据接口单元；所述数据感知单元、数据采集控制单元、数据传输单元共同构成健康信息采集模块，健康信息采集模块包括心电采集模块、血氧采集模块以及运动状态采集模块；所述数据感知单元：负责获取模拟健康信息，将心率、血氧、加速度信息转化成的电压变化，通过A/D转换形成原始数字信号，交付给数据采集控制单元处理；所述数据采集控制单元：作为健康信息采集传感器的控制核心，负责协调控制数据感知单元和数据传输单元，一方面对数据感知单元提供的原始数字信号进行基本算法处理，得到原始健康信息数据，另一方面响应数据传输单元的请求提供原始健康信息数据；所述数据传输单元：负责将健康信息采集模块传感器采集到的健康信息数据传输到数据整合与交互控制单元，实现时通过蓝牙或串口；所述数据整合与交互控制单元：一方面，负责协调和控制三个传感器模块，使得三个模块各自完成向本单元提供健康信息数据的功能，另一方面，负责整合三类不同的健康信息数据，重新规定健康信息的数据格式；所述数据接口单元：实现数据整合与交互单元和健康监测服务器的信息交互，通过REST风格的数据服务接口完成数据交互，将经过整合后的健康信息数据上传到健康监测服务器，通过HTTP post传输机制实现。所述心电采集模块的采集参数是心电图，通过手握电极片反映心电信号的变化，再通过A/D转化将心电信号以心电图的形式反映到显示界面上。所述血氧采集模块的采集参数是血氧饱和度SPO2，采用光电容积脉搏波描记法，通过将光电传感器套在人手指上，使用红光(波长660nm)和近红外光(波长940nm)作为射入光源，测定光电传感器的光接收强度来计算血氧饱和度。所述运动状态采集模块的测量参数是运动状态特征值(SVM,SVM,TA)，使用模块化的三轴加速度传感器和陀螺仪收集身体的运动信息，三轴加速度传感器用于感知物体在空间X,Y,Z方向的加速度，陀螺仪则测量物理角度性的移动，再通过特征值判别算法分析人体是否发生跌倒行为。有益效果：本专利技术所设计的基于物联网环境下居家养老健康信息感知分析和预警系统，具有明显的智能、方便、多样化的特性，该系统主要由心电采集模块、血氧采集模块、三轴加速度传感器等部分组成，通过Android开发板的蓝牙或串口获取数据，采用客户端-服务器思想，搭建数据库平台进行健康信息分析，使得该系统具备有强大数据分析和存储功能，用模块化的思想实现低耦合，并通过硬件改装使得信号采集模块更方便携带，最终做成一套能同时监测心电信号、血氧数据并且具有防摔预警系统的便携式稳定远程实时健康监测系统。该系统不同于单片机和C语言实现集成，使用Android开发板作为下位机，将三个模块集成在同一个开发板上进行统一数据分析，反映出多项测量指标，可使受测者查看自身生理数据、监测者通过客户端查看健康信息数据分析、受测者发生摔倒则自动发出警告信号。所以，此系统易于佩戴者或其他人观察，方便快捷地获取信息。附图说明图1为本专利技术的系统分层设计图。图2为本专利技术的健康信息数据获取部分结构图。图3为本专利技术的预判跌倒的流程框图。图4为本专利技术的健康信息数据存储与展现部分结构图。图5为本专利技术用例说明图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术设计的居家养老健康信息感知分析和预警系统，采用了物联网的设计思想。如图1所示，其网络结构分为健康信息获取层、数据接入处理层、智慧网络服务层。老人居家健康信息数据可以从心率、血氧饱和度和运动状态上采集，因此可通过三个主要的采集模块(心电采集模块、血氧采集模块、防摔倒模块)利用不同的传感器从人体上获取心电信号、血氧浓度和运动状态等原始信息来满足健康信息获知层的需要。心电传感器的采集参数是心电图，血氧传感器的采集参数是血氧饱和度SPO2，防摔预警传感器的测量参数是运动状态特征值(SVM,SVM,TA)。数据接入处理层是将与系统所需不一致的数据类型进行转换。利用传感器的源代码找出各模块现有的数据类型格式用一套新的算法进行相应的转换，拟用蓝牙、串口等方式将三个采集模块连接到Android开发板上，再用Android开发板对三个模块进行数据整合，将经过整合后含有血氧、心电和加速度信息的数据通过网络(Wi-Fi)传送给服务器。智慧网络服务层的主要功能是接收、存储传感器所采集的健康信息数据，并通过软件对各类健康信息实时分析，同时添加预警功能。将服务器与数据库连接，满足数据存储和调用的需求。服务器提供交互界面给终端用户。紧急情况信息传递：通过算法监测出发生摔倒或者心电图和SPO2相关参数出现异常，应用程序调用短息网关功能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种居家养老健康信息感知分析和预警系统，使用于物联网环境，其特征在于：网络结构分为健康信息获取层、数据接入处理层、智慧网络服务层；所述健康信息获取层包括心电采集模块、血氧采集模块、运动状态采集模块，所述心电采集模块、血氧采集模块、运动状态采集模块利用不同的传感器从人体上获取心电信号、血氧浓度和运动状态原始信息来满足健康信息获知层的需要，所述心电采集模块的采集参数是心电图，所述血氧采集模块的采集参数是血氧饱和度SPO2，所述运动状态采集模块的测量参数是运动状态特征值(SVM,SVM,TA)；所述数据接入处理层是将与系统所需不一致的数据类型进行转换，利用传感器的源代码找出各模块现有的数据类型格式用一套新的算法进行相应的转换，拟用蓝牙或串口方式将三个采集模块连接到Android开发板上，再用Android开发板对三个模块进行数据整合，将经过整合后含有血氧、心电和加速度信息的数据通过网络(Wi‑Fi)传送给服务器；所述智慧网络服务层是接收、存储传感器所采集的健康信息数据，并通过软件对各类健康信息实时分析，同时添加预警功能，将服务器与数据库连接，满足数据存储和调用的需求；服务器提供交互界面给终端用户，紧急情况信息传递：通过算法监测出发生摔倒或者心电图和SPO2相关参数出现异常，应用程序调用短息网关功能给指定号码发送预警短信。...

【技术特征摘要】
1.一种居家养老健康信息感知分析和预警系统，使用于物联网环境，其特征在于：网络结构分为健康信息获取层、数据接入处理层、智慧网络服务层；所述健康信息获取层包括心电采集模块、血氧采集模块、运动状态采集模块，所述心电采集模块、血氧采集模块、运动状态采集模块利用不同的传感器从人体上获取心电信号、血氧浓度和运动状态原始信息来满足健康信息获知层的需要，所述心电采集模块的采集参数是心电图，所述血氧采集模块的采集参数是血氧饱和度SPO2，所述运动状态采集模块的测量参数是运动状态特征值(SVM,SVM,TA)；所述数据接入处理层是将与系统所需不一致的数据类型进行转换，利用传感器的源代码找出各模块现有的数据类型格式用一套新的算法进行相应的转换，拟用蓝牙或串口方式将三个采集模块连接到Android开发板上，再用Android开发板对三个模块进行数据整合，将经过整合后含有血氧、心电和加速度信息的数据通过网络(Wi-Fi)传送给服务器；所述智慧网络服务层是接收、存储传感器所采集的健康信息数据，并通过软件对各类健康信息实时分析，同时添加预警功能，将服务器与数据库连接，满足数据存储和调用的需求；服务器提供交互界面给终端用户，紧急情况信息传递：通过算法监测出发生摔倒或者心电图和SPO2相关参数出现异常，应用程序调用短息网关功能给指定号码发送预警短信。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述健康信息获取层划分为数据感知单元、数据采集控制单元、数据传输单元、数据整合与交互控制单元以及第一数据接口单元；所述数据感知单元、数据采集控制单元、数据传输单元共同构成健康信息采集模块，健康信息采集模块包括心电采集模块、血氧采集模块以及运动状态采集模块；所述数据感知单元：负责获取模拟健康信息，将心率、血氧、加速度信息转化成的电压变化，通过A/D转换形成原始数字信号，交付给数据采集控制单元处理；所述数据采集控制单元：作为健康信息采集传感器的控制核心，负责协调控制数据感知单元和数据传输单元，一方面对数据感知单元提供的原始数字信号进行基本算法处理，得到原始健康信息数据，另一方面响应数据传输单元的请求提供原始健康信息数据；所述数据传输单元：负责将健康信息采集模块传感器采集到的健康信息数据传输到数据整合与交互控制单元，实现时通过蓝牙或串口；所述数据整合与交互控制单元：一方面，负责协调和控制三个传感器模块，使得三个模块各自完成向本单元提供健康信息数据的功能，另一方面，负责整合三类不同的健康信息数据，重新规定健康信息的数据格式；所述数据接口单元：实现数据整合与交互单元和健康监测服务器的信息交互，通过REST风格的数据服务接口完成数据交互，将经过整合后的健康信息数据上传到健康监测服务器，通过HTTP post传输机制实现。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述心电采集模块的采集参数是心电图，通过手握电极片反映心电信号的变化，再通过A/D转化将心电信号以心电图的形式反映到显示界面上。4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述血氧采集模块的采集参数是血氧饱和度SPO2，采用光电容积脉搏波描记法，通过将光电传感器套在人手指上，使用红光(波长660nm)和近红外光(波长940nm)作为射入光源，测定光电传感器的光接收强度来计算血氧饱和度。5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述运动状态采集模块的测量参数是运动状态特征值(SVM,SVM,TA)，使用模块化的三轴加速度传感器和陀螺仪收集身体的运动信息，三轴加速度传感器用于感知物体在空间X,Y,Z方向的加速度，陀螺仪则测量物理角度性的移动，再通过特征值判别算法分析人体是否发生跌倒行为。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：周宇，吴婷，张倩，严宇倞，朱洪波，郭永安，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32