基于機智云物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺建立老年人飲水監(jiān)測系統(tǒng)

摘要：為探究老年人身體健康和飲水狀況之間的關(guān)系，提出基于機智云物聯(lián)網(wǎng)和阿里云數(shù)據(jù)庫技術(shù)的飲水狀況智能檢測系統(tǒng)設(shè)計。

系統(tǒng)由智能杯墊硬件、手機APP程序和云端分析程序3個部分組成，智能杯墊硬件采集用戶飲水?dāng)?shù)據(jù)、環(huán)境溫度和濕度信息并傳送到云數(shù)據(jù)庫，移動電話APP程序可錄入用戶生理信息并傳送到云數(shù)據(jù)庫及查看分析結(jié)果，云端分析程序根據(jù)云數(shù)據(jù)庫中用戶數(shù)據(jù)和健康飲水原則建立個性化飲水建議。

通過該飲水狀況監(jiān)測系統(tǒng)，可實現(xiàn)對用戶飲水信息、身體狀況的記錄及提供飲水建議，可用于個人及醫(yī)院對用戶的身體狀況、慢性疾病預(yù)防方面分析的參考。

01

引言

水是人的生命之源，人身體的70%是水，人體血液中水份含量是83%，人體的生命代謝活動都離不開水。據(jù)中國水研究所的調(diào)查結(jié)果，能通過調(diào)節(jié)飲水習(xí)慣進行改善，高血壓、低血壓、高血脂、糖尿病、便秘這些都幾乎和飲水相關(guān)。老年人生理機能渴覺退化，身體已經(jīng)缺水也不會覺得口渴。本文基于機智云物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺建立老年人飲水監(jiān)測系統(tǒng)，可以采集以及分析老年人飲水狀態(tài)，根據(jù)居住環(huán)境溫濕度、人體基本生理參數(shù)等提出個性化健康飲水建議，進而幫助老年人調(diào)節(jié)身體健康。

目前已有一些系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)采集人們的生活、行為數(shù)據(jù)用于健康分析。如楊君儀等人設(shè)計了一套能夠監(jiān)測老年人心率、血壓的可穿戴式監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)由可穿戴設(shè)備、監(jiān)測終端、云端、用戶終端等4個部分組成。李威等聯(lián)合開發(fā)了遠程老年人監(jiān)測儀，采用高精度三維位置的MXTOS2-200模塊和MXT8051MCU模塊設(shè)計終端產(chǎn)品，通過對老年人心電、呼吸頻率、行走狀況（跌倒）等生理狀態(tài)參數(shù)的實時采集測量，與正常生理參數(shù)范圍做比較，進行預(yù)警動作［3］。

蘋果公司研發(fā)的iWatch可以進行對使用者心率偏低和偏高時的預(yù)警通知，進行摔倒預(yù)測，多達五項的運動指標檢測。機智云開發(fā)者開發(fā)了基于機智云Aiot開發(fā)平臺的智能家居系統(tǒng)，以STM32作為下位機的控制核心，通過傳感器搜集家庭環(huán)境信息并上傳之云服務(wù)器，手機APP端通過云服務(wù)器實現(xiàn)對下位機各用電器的狀態(tài)監(jiān)控，該系統(tǒng)通過云平臺對家居環(huán)境實現(xiàn)智能化，提高人們?nèi)粘＜揖由畹纳钯|(zhì)量。

機智云AIoT開發(fā)平臺提供智能硬件軟件自助開發(fā)及物聯(lián)網(wǎng)（IoT）云服務(wù)平臺，為開發(fā)者提供IoT連接、管理和數(shù)據(jù)運營服務(wù)。本文基于機智云提供的物聯(lián)網(wǎng)平臺和阿里云數(shù)據(jù)平臺，研制了智能硬件杯墊收集飲水及環(huán)境數(shù)據(jù)、開發(fā)了移動端APP收集用戶基本身體數(shù)據(jù)、開發(fā)云端分析程序進行數(shù)據(jù)分析，建立一套基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的老年人飲水狀況監(jiān)測系統(tǒng)。

02

系統(tǒng)總體設(shè)計

系統(tǒng)由3個部分構(gòu)成，分別是云端數(shù)據(jù)管理和分析程序、智能硬件、移動端APP程序，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)內(nèi)信息傳遞及功能運轉(zhuǎn)模式為：智能硬件杯墊將采集到的溫濕度、飲水信息傳遞到云數(shù)據(jù)庫，移動端APP程序?qū)⒂脩翡浫氲纳頂?shù)據(jù)傳遞到云端，云端程序分析后將處理結(jié)果發(fā)送到智能硬件杯墊和移動終端APP。

圖1各模塊信息流程圖智能杯墊主要由信息提示模塊、壓力傳感器模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、溫濕度檢測模塊、中央信息處理器組成，功能包括收集飲水信息和環(huán)境溫濕度信息、顯示飲水建議和飲水信息。

云端平臺由數(shù)據(jù)庫和分析程序組成，主要功能：

（1）接收硬件和移動終端的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲，形成可視化數(shù)據(jù);

（2）對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)飲水狀況異常情況預(yù)警;

（3）根據(jù)飲水模型計算推薦飲水量和飲水時間。

移動端APP的功能：

（1）讀取云端程序返回的數(shù)據(jù)，進行可視化展示;

（2）老人用戶或者其關(guān)注者在APP上輸入生理數(shù)據(jù)，如慢性疾病、年齡、體重等信息，并將信息傳入云端數(shù)據(jù)庫;

（3）接收云端程序發(fā)來的預(yù)警信息，并將信息發(fā)送給移動端使用者。

02

硬件設(shè)計

本文設(shè)計制作了一種智能硬件杯墊，用于采集飲水量和環(huán)境數(shù)據(jù)，上傳數(shù)據(jù)的通訊模塊使用機智云2G模塊廣和通G510芯片和WiFiesp8266模塊硬件。

電路模塊主要組成部分為：

MCU主控芯片為STM32;

使用橋式稱重傳感器測量水杯重量，通過HX711芯片對數(shù)據(jù)進行AD轉(zhuǎn)換;

SHT20溫濕傳感器測量杯墊所在環(huán)境的溫濕度，并將數(shù)據(jù)傳送到主控芯片STM32;

OLED顯示屏提供了交互界面顯示飲水量、環(huán)境溫濕度和時間日期等信息，采用非接觸觸摸按鈕切換顯示信息。

智能杯墊的電路模塊圖和成品效果如圖2所示。

圖2智能杯墊圖03

軟件設(shè)計軟件部分包括云端數(shù)據(jù)管理和分析程序、移動電話端APP程序。云端數(shù)據(jù)庫采用MySQL，云端程序用VisualStudio的C#語言開發(fā)，移動電話端APP程序基于iOS系統(tǒng)平臺開發(fā)。

管理員可以通過云端程序的可視化界面查看用戶飲水情況、用戶的基礎(chǔ)信息，自動分析并分發(fā)飲水建議到用戶手機端APP。同時，該系統(tǒng)也實現(xiàn)了管理員查看和修改用戶信息、查看用戶APP設(shè)置、查看用戶關(guān)注名單等等功能，以幫助管理人員更加方便地對用戶以及用戶數(shù)據(jù)進行管理，程序的主界面如圖3所示。

圖3云端數(shù)據(jù)管理和分析程序主界面移動電話端APP程序的設(shè)計原則是以老年人用戶使用特點和需求為中心設(shè)計，考慮老年人使用智能產(chǎn)品需要幫助的需求，可以其他用戶在APP上幫老年人設(shè)置信息和查看老年人的飲水信息。

APP程序一級界面有4個：今日、歷史、資訊、我的。

將今日作為首頁，顯示當(dāng)天飲水信息展示、提供飲水建議;

在歷史界面中顯示歷史記錄、按月和年分別展示、查詢歷史日期飲水信息;

在資訊頁面提供老年人感興趣的醫(yī)療知識和科學(xué)進展，增加用戶粘性;

在我的頁面可修改用戶生理信息、設(shè)置軟件賬戶信息等。

移動電話端APP程序設(shè)計圖4所示。

圖4移動電話端APP程序設(shè)計04

結(jié)論目前系統(tǒng)試運行版本已經(jīng)進行了小范圍數(shù)據(jù)測試，收集了5個試用者的飲水狀態(tài)數(shù)據(jù)。從試用過程數(shù)據(jù)分析，能有效收集到用戶飲水行為數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)，云端分析程序能結(jié)合數(shù)據(jù)提出飲水建議并下發(fā)到用戶移動電話端APP進行預(yù)警提醒。

本文開展了老年人飲水狀況監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計，實現(xiàn)了對老年人飲水信息、環(huán)境信息的記錄監(jiān)測、智能飲水推薦，后續(xù)將通過擴大樣本量完善用戶飲水量建議模型，提高建議模型的準確度。研究對于老年人身體健康有著積極的意義，對于物聯(lián)網(wǎng)智能產(chǎn)品如何發(fā)揮在智慧醫(yī)療中的作用提出了一種思路。