智能居家養(yǎng)老健康助手系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0 引 言

人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)從 1999 年進(jìn)入人口老齡化社會(huì)到 2017 年的 18 年間，老年人口凈增 1.1 億。截至 2018 年 底 [1-2]，我國(guó) 60 歲及以上老年人口有 2.49 億人，占總?cè)丝诘?7.9%，預(yù)計(jì)到 2050 年前后，我國(guó)老年人口數(shù)將達(dá)到峰值4.87 億，占總?cè)丝诘?34.9%。隨著老人年數(shù)量的日益增長(zhǎng)，作為中國(guó)正值中青年的“70”后、“80”后，一邊要為家庭生活和子女的教育努力拼搏，一邊又要為生育養(yǎng)育自己的父母盡孝，面對(duì)“4-2-1”的中國(guó)生活模式 [3-4]，中青年的生活壓力和盡孝的矛盾越來越突出。那么如何讓年輕人既可以很好的工作，又能及時(shí)對(duì)老人的生活進(jìn)行關(guān)照，并對(duì)突發(fā)情況能盡早掌握和及時(shí)處理？本文基于嵌入式技術(shù)和 Java 技術(shù)設(shè)計(jì)了一款居家老人生理健康數(shù)據(jù)記錄和監(jiān)控的系統(tǒng)，可以及時(shí)記錄居家老人與健康有關(guān)的指數(shù)，包括血壓、體重、心率等，這樣就可以讓子女對(duì)父母的身體狀況進(jìn)行監(jiān)控，如遇問題可盡早做出處理，有效提高了居家老人生活的幸福指數(shù)。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)主要采用 STM32 作為主控芯片以及模塊化的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，采用人體紅外體溫傳感器（GY-MCU90615 傳感器）對(duì)體溫檢測(cè)，同時(shí)選用心率傳感器（PulseSensor）進(jìn)行心率檢測(cè)。通過主控芯片處理后，將檢測(cè)的人體健康數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸?shù)斤@示屏（OLED）中，并對(duì)居家老人的健康狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)記錄，同時(shí)采用 Java 技術(shù)進(jìn)行界面設(shè)計(jì)，為子女的實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)提供一定的有效依據(jù)。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖 1所示。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)境分析

（1）系統(tǒng)軟件采用 Keil 編譯環(huán)境，該軟件易于進(jìn)行系統(tǒng)集成并具有強(qiáng)大的調(diào)試功能。

（2）硬件仿真軟件采用 Proteus 環(huán)境，并通過 OLED 顯示實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)等。

（3）利用 Java 技術(shù)進(jìn)行人機(jī)界面設(shè)計(jì)，可有效對(duì)人體生理參數(shù)進(jìn)行顯示和分析。

2 基于 Java 的智能居家養(yǎng)老健康助手系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

（1）STM32F4 開發(fā)板原理說明

本系統(tǒng)采用 STM32F407VET6 作為主控芯片，該芯片具有高性能、低功耗、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、開發(fā)成本低、外設(shè)豐富、模型豐富、開發(fā)容易等特點(diǎn)。其以 ARM CORTEX-M4 32 位TISC 為內(nèi)核， 額定工作頻率為 168 MHz，210 DMIPS/1.25 DMIPS，額定工作電壓 [5-6] 為 1.8 ～ 3.6 V。

（2）心率傳感器原理說明心率與脈搏是一樣的， 因此測(cè)心率就相當(dāng)于測(cè)脈搏。脈搏傳感器指的是用于檢測(cè)脈搏相關(guān)信號(hào)的傳感器。本設(shè)計(jì)采用靜態(tài)心率檢測(cè)，采用的傳感器為心率傳感器（PulseSensor）[7-8]。PulseSensor 是一款用于脈搏心率測(cè)量的光電反射式模擬傳感器，其基本原理是利用人體組織在血管搏動(dòng)時(shí)造成透光率不同來進(jìn)行脈搏測(cè)量的。

（3）紅外溫度傳感器

GY-MCU90615 是一種低成本的紅外溫度模塊 [9-10]。其工作原理是通過單片機(jī)讀取紅外溫度數(shù)據(jù)，輸出方式為串口通信。串口波特率有 9 600 b/s 和 115 200 b/s，有連續(xù)輸出和查詢輸出兩種方式，可以適應(yīng)不同的工作環(huán)境。其溫度計(jì)算

方法為 ：溫度 = 高 8 位 <<8| 低 8 位。

①發(fā)送指令 A5，45，EA，接收到一幀數(shù)據(jù) ：<5A- 5A- 45- 04- 0C- 78- 0D- 19- A7 > ；

②表示 TO（ 有符號(hào) 16 bit， 表示目標(biāo)溫度 ）：TO= 0x0C78/100=31.92 ℃ ；

③表示 TA（ 有符號(hào) 16 bit， 表示環(huán)境溫度 ）：TA= 0x0D19/100=33.53 ℃。

2.2 基于 ARM/Java 的居家養(yǎng)老生理健康平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.2.1 紅外測(cè)溫傳感器模塊設(shè)計(jì)

（1）初始化過程。VIN 接 3.3 V，GND 接 GND，TX 接PA3，RX 接 PA2。初始化程序如下 ：

（2）主模塊測(cè)溫程序?yàn)?：

2.2.2 心率傳感器模塊設(shè)計(jì)

（1）初始化過程。VCC 接 5 V，GND 接 GND，I/O 接PA1，初始化程序如下 ：

2.2.3 OLED 顯示模塊設(shè)計(jì)

2.3 系統(tǒng)測(cè)試

使用 J-Link 下載線將 STM32 開發(fā)板與計(jì)算機(jī)相連。老人手指放在與 STM32 開發(fā)板相連的心率傳感器（PulseSensor）和溫度傳感器上，就可以看到 OLED 顯示屏上分別顯示出測(cè)得單位時(shí)間內(nèi)的心率值、實(shí)時(shí)溫度值和健康狀態(tài)。系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試，測(cè)試結(jié)果如圖 2 所示。通過顯示屏可以及時(shí)記錄和監(jiān)測(cè)居家老人的生理參數(shù)，有效提升老人的居家幸福指數(shù)。

3 結(jié) 語

本文利用嵌入式技術(shù)和 Java 技術(shù)設(shè)計(jì)了一款智能居家養(yǎng)老健康助手系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用嵌入式技術(shù)和 Java 技術(shù)，結(jié)合人體生理需求，采用 STM32F4 為控制核心，進(jìn)行生理參數(shù)檢測(cè)模塊和體溫檢測(cè)模塊的設(shè)計(jì)，重點(diǎn)分析心率和體溫模塊的設(shè)計(jì)并進(jìn)行了系統(tǒng)測(cè)試。結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)、及時(shí)反饋的特點(diǎn)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控居家老人的基本生理特征，有效幫助子女對(duì)老人的身體狀況進(jìn)行掌握，以便做出及時(shí)的處理，有效提升了家庭的和諧幸福指數(shù)。