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《基于单片机的老人健康数据监测系统设计【论文】》.docx

泰然健康网
2025-09-01 10:03

文档简介

基于单片机的老人健康数据监测系统设计目录TOCo"1-2"hu7239摘要18543绪论219595一、国内外研究现状和发展趋势2135291.1、国外研究现状。2130331.2、国内研究现状。230335二、难点和创新之处326542.1研究难点3110232.2创新点32942三、本选题的主要内容和重点及可行性分析323643四、本研究预期达到的水平和目标49786本研究面临的主要问题46758五、系统具体设计529435系统硬件设计627225.1核心处理器6239135.2温度采集模块6240795.3心率采集模块624215六、结论819777七、参考文献8摘要虽然现代科技在不断进步与发展，但是在老年人和婴儿比重日益增大的情况下，健康监控的问题越来越来受社会各界人士的关注。老年人对新型的高科技产品的使用的不灵活，加之在病发严重的状况下，不能得到及时监控报警，错过最佳的抢救机会，最终会酿成悲剧而后悔莫及。本文提出设计一套适合老年人和婴儿使用的，简单方便，全面测量生理参数的功能，并且基于ARM技术的老年人婴儿远程健康监控服务系统。本文的研究结合具体实际情况，提出了以医疗机构数据为基础、以可穿戴医疗设备健康检测为手段的全方位、立体化老年人健康管理系统建设方案。力图帮助用户打通可穿戴式设备采集的个人健康数据和存储在医疗单位中的个人体检、病例数据。并通过系统提供的统计分析功能帮助用户，及时、全面的管理、检测老年人的健康状况。完成个人健康数据在老年人健康管理系统中的采集，转换，归集，检索处理，并应用于实践，实现从“健康监测——分析——预警一干预”的全方位、立体化老年人健康管理。有效的提高了突发疾病的及时处置效果，降低老年人健康服务成本起到了促进作用。使研究具有一定的理论水平和实用价值。关键词：物联网；老年人；健康管理系统；设计应用绪论国民健康水平的高低关系着国家的兴衰，只有全民拥有健康的体魄，国家才能富强。医疗支出是保障公民健康的重要手段，也是国家对公民健康重视度的反映。如何整合传统医疗机构的在诊断结果方面的权威性，又能及时的发挥可穿戴医疗设备在实施监护方面的便利性成为解决当前难题的关键所在。国内外研究现状和发展趋势1.1、国外研究现状。国外在远程健康监护技术领域起步较早，尤其欧美发达国家技术相对成熟，早在上世纪中旬就将其应用到军事和航天方面，随后相继将远程健康监护技术应用到现实生活中，效果显著。早在20世纪70年代，美国航天局就采用健康监护技术对宇航员进行相关生理参数的监测，如阿波罗登月计划里采用多生物传感器对宇航员进行心率、呼吸、体温等参数的监测，并由地面接收站的医生提供实时的生理参数评估与健康建议。1.2、国内研究现状。国内相对国外在远程健康监护方面研究起步较晚，大部分处于研发阶段，系统规模化地应用到医疗监护中还相对较少。到20世纪90年代后期，我国在远程健康监护系统领域的研究逐渐增多。第三军医大学的“863”家庭数字化医疗监护系统研究课题中，研发了基于PDA的多生理参数监护网络系统，包括心电、血压监测、老人活动监测等检测与无线通信模块，采用PDA控制采集设备并接收检测数据，实现与远程监护端的通信。难点和创新之处2.1研究难点根据本文的研究内容，研究的难点包括如下几个方面：(1)如何实现基于物联网的健康数据整合成为本文研究的难点。针对这样的问题，研究对分散的结构化数据、非结构化数据按照统一标准进行整合，并实现多源异构数据的统一化管理。(2)如何实现健康数据的有效分析成为本文研究的难点。在健康数据分析方面，本文计划针对采集到的健康数据进行分析，通过图形化等方式展示老年人健康状况，给出具体的健康分析报告。(3)如何实现老年人健康数据预警和干预成为本文研究的难点。在数据预警方面，本文计划通过闸值判断的方式来实现对异常数据的预警和管理。通过实时监测到的异常数据进行预警，提示用户具体的异常项目，并且通过系统能够查看到具体的健康风险评估报告。在健康干预方面，本文计划采用通过后台健康专家分析的方式，针对预警的数据给出具体的诊疗处置方案，实现异常健康数据的全周期的管理。2.2创新点本文通过物联网技术的应用，实现了可穿戴设备健康数据的实时采集，实现了老人诊疗信息的统一管理，构建了异构设备数据的统一采集和管理。为实现老年人健康数据的管理提供了支持。本选题的主要内容和重点及可行性分析本文主要对基于物联网的老年人健康管理系统进行了设计与实现。在本文研究的过程中，通过可穿戴健康设备等实时采集老年人健康数据，并且根据采集到的数据对老年人健康情况进行实时预警和干预管理。实现对老年人健康的全周期性管理。其中本文构建的系统的具体设计模块如图1所示其中根据本文的研究思路，其具体论文需要研究的内容如下所示：(1)分析当前医疗健康管理系统的不足，以及我国老龄化的现状，提出基于可穿戴设备的健康实时监测管理方案。(2)老年人健康管理系统的需求进行分析。在需求调研的基础之上，提出并且利用例图的方式对该系统的具体用例进行分析，讨论系统非功能性需求。(3)对老年人健康管理系统进行详细的设计。并且重点论述了数据采集管理模块如何针对不同数据源进行数据采集和处理的过程。详细的论述了健康数据采集任务的调度和管理的具体操作时序。利用增设采集服务器的方式实现异构数据的体外处理，避免大量数据采集给系统本身造成计算处理压力。实现了多数据源的有效集成和统一管理。进而解决本文研究需要解决的重点问题。(4)老年人健康管理系统的实现。在详细的设计的基础之上，本文利用J2EE语言和MYSQL数据库技术对系统的功能进行了实现，详细的展示了主要功能模块的实现效果。(5)老年人健康管理系统的测试。在系统测试阶段，本文计划利用黑盒测试的方法对系统的功能进行测试，利用专业的软件测试工具10admmer对软件的集成性能进行了测试。验证系统的功能和性能。本研究预期达到的水平和目标通过可穿戴设备及时实际的采集老年人的健康数据，及时准确的完成个人健康数据在老年人健康管理系统中的转换，归集，检索处理，并应用于实践，实现从监测到预警到干预的全方位、立体化老年人健康管理。有效的提高了突发疾病的及时处置效果，降低老年人健康服务成本起到了促进作用，同时为提升老年人的生活质量有一定的实际意义，使研究具有一定的理论水平和实用价值。本研究面临的主要问题健康数据采集整合问题。在进行老年人健康数据管理之前，需要实现对健康数据的采集和管理。如何采集老年人健康数据成为关键所在。针对这样的问题。本文计划采用可穿戴智能设备，通过智能设备的传感器采集老年人的心跳、血压、脉搏等数据。通过数据接口的方式把传感器采集到的数据回传到系统服务器。实现实时健康数据的采集和管理。(2)利用健康和医疗知识基于个人健康数据进行即时干预和健康指导问题。目前各大医院、体检机构或可穿戴设备厂商都能获取大量的个人健康或病例数据，但是无法对这些数据进行进一步挖掘、分析和利用。个人健康数据进行整合后，就需要对这些数据进行挖掘，并产生对个人健康具有实际意义的结果。我们以不同年龄段、不同性别、不同肤色的身体各项检测区间为标准，以不同区域人群的饮食、作息、运动等习惯为标准，以不同重大病发展阶段的各项身体参数为标准，对海量的、长期的、全方位的个人健康数据进行挖掘和分析，生成关于饮食、作息、运动、就医等各种建议。并对与可穿戴监测设备获取的健康数据进行分析、预警，指导个人和医护人员即时干预，应对可能发生的健康隐患(3)个人同时面对健康专家、专业医生和各种海量健康知识的茫然问题。对于个人来说，无论对于自己的就医、体检等结果都会找各类专家、各种“百度知道”、朋友咨询的形式进行了解和咨询。但是这些分散的、不同维度、不同侧重的咨询结果都是不成体系、不全面的。我们要将各类身体指标、健康参数、病理数据也要整合进来，并且要行程一个以“人”为整体的个人健康知识数据体系。能为个人健康提供系统的、全局的健康咨询服务”。系统具体设计图1系统总体框图系统的整体流程分为四个部分，分别为生理参数采集、生理信号转化、系统处理、结果输出。生理参数的采集通过各个模块的传感器综合收集到的被监控的心率，体温等生理的数据信号，信号转化部分把相关的模拟生理信号经STM32F103C8处理器处理成能识别到的数字信号，系统处理部分让STM32F103C8微型处理器对上一步所得的信号进行了下一步转化，最后的所得到被监控人的生理参数的数据在LCD显示屏上显示出来，并且当温度或心率超过设定值时或者参数的变化率较大时，进行自动报警，通过鸣笛告警通知等让监护人知道情况。整个系统设计的框图，如图1。系统硬件设计5.1核心处理器采用的STM32F103C8芯片是迷你板，所有IO端口都可被导出，其网络模块可以通过杜邦线接,可以很方便地使用以太网。主要是由于CPU价格低、RAM大、频率高的特点,其性能远远高于51系列单片机，但是开发过程与51系列单片机一样简单，因此可以代替51系列单片机在许多应用中。因为STM32可以在许多的功能上可以使用，具有强大的处理复杂任务的能力，所以STM32F103C8是ARM市场上流行的ARM微控制器。5.2温度采集模块温度采集模块采用DS18B20温度传感器它能测量的温度所涉及到的范围对相对来是非常的宽的，再加之它的成本格外的低廉价，它的使用性是很受欢迎的。其分辨率为9-19位是相对来说非常的高了，它可以分辨非常低的温度值，并且使用时间长,基于调试部分可以便捷使用以及转换的速度也特别的快，它的工作电压的工作范围为3V-5.5V，工作在狭小的空间具有强大适应性。然后它的连接方式只要一条线就可以能和核心处理器连接，并且还能将数据信号进行双向通信。5.3心率采集模块采用Pulsesensor心率传感器，它是一种光电式脉搏心率测量模拟传感器，主要优点能在老年人的中指和耳朵上穿戴着使用，它是通过身体组织细胞部分的透光率和心率的跳动具有一定的联系，透光概率所变化的波形图是通过心率跳动来决定的，所以可以通过所产生的波形在每分钟变化的次数来间接测量心率，是非常受欢迎的一款基于光学理论具有多功能的心率脉搏传感器,所显示出测出来的心率的线性图可以基于所添加的APP程序来实现完成,非常适合用于本次开发。采用LCD1602显示屏，LCD1602显示器具备着使用率高的特点，并且价格低廉，有工业字符性意义的液晶显示屏，具有多点字符的功能。它的模块部分字模存储器CGROM（CharacterGeneratorROM）中固有的192个字模是使用率较高的，其中集合了八个自定义的字符，它的存储器的英文代码叫做CGRAM它具备有背光驱动电路功能和数据控制总线的功能来控制它的核心系统，数据在液晶显示屏幕上的时间的控制可以在连接核心芯片基础上，并且可以在关闭开关下得以实现。使用蜂鸣器作为报警功能。蜂鸣器的重要特性是通过根据极性要求增加适当的直流电压来产生自然频率的声音,这比扬声器简单。用芯片控制,用喇叭,转化闪光,防盗警报的功能,具有安全便捷的可靠性,也可以防水,还能防止灰尘进入。按键模块选择独立按键，独立按键通过I/0口线方式组成每个部分的按键电路，每一条I/0口线占据各一个独立按键，它的I/0口的线上的按键的工作情况影响不到另外的I/O口线的执行情况，每个端口接口都有着一个按键部分接入，通过各个的按键电路情况来判断接入的状况，当将电阻下拉时候，并且的它的按键会弹起来，它的接口有着高电平的状况，内部口线接上电阻外围的电路，这样就可以不适用拉口电路，读取独立按键的方法分别为查询和中断的方式。按键模块分有四个按键，分别控制的温度与心率的预设值的增减值，它们都各自加入10K的电阻作为，STM32F103C8的PB12PB13PB15引脚。本系统实现目的是对人体温度数据读取以及心率读取，并且通过在LCD1602显示屏显示数据，按键模块设置温度与心率的预置，若超过预置会发生警报声从而达到设计的目的。结论ARM，作为微型处理核心芯片，通过连接温度模块（10），心率模块（seenor），报警模块（蜂鸣器）显示模块（1602）按键模块的几个部分共同构建适用于大众老年人和婴儿的健康预测与监控系统，据选择的硬件方面为基准，对相应要求的软件程序进行了编写控制。通过自己的不断努力地调试系统