基于机智云物联网技术的老年人饮水状况监测系统

摘要:为探究老年人身体健康和饮水状况之间的关系,提出基于机智云物联网和阿里云数据库技术的饮水状况智能检测系统设计。系统由智能杯垫硬件、手机APP程序和云端分析程序3个部分组成,智能杯垫硬件采集用户饮水数据、环境温度和湿度信息并传送到云数据库,移动电话APP程序可录入用户生理信息并传送到云数据库及查看分析结果,云端分析程序根据云数据库中用户数据和健康饮水原则建立个性化饮水建议。通过该饮水状况监测系统,可实现对用户饮水信息、身体状况的记录及提供饮水建议,可用于个人及医院对用户的身体状况、慢性疾病预防方面分析的参考。

0引言

水是人的生命之源,人身体的70%是水,人体血液中水份含量是83%,人体的生命代谢活动都离不开水[1]。据中国水研究所的调查结果,能通过调节饮水习惯进行改善,高血压、低血压、高血脂、糖尿病、便秘这些都几乎和饮水相关。老年人生理机能渴觉退化,身体已经缺水也不会觉得口渴[1]。本文基于机智云物联网开发平台建立老年人饮水监测系统，可以采集以及分析老年人饮水状态,根据居住环境温湿度、人体基本生理参数等提出个性化健康饮水建议,进而帮助老年人调节身体健康。

目前已有一些系统采用物联网技术采集人们的生活、行为数据用于健康分析。如杨君仪等人设计了一套能够监测老年人心率、血压的可穿戴式监测系统,该系统由可穿戴设备、监测终端、云端、用户终端等4个部分组成[2]。李威等联合开发了远程老年人监测仪,采用高精度三维位置的MXTOS2-200模块和MXT8051MCU模块设计终端产品,通过对老年人心电、呼吸频率、行走状况(跌倒)等生理状态参数的实时采集测量,与正常生理参数范围做比较,进行预警动作[3]。

苹果公司研发的iWatch可以进行对使用者心率偏低和偏高时的预警通知,进行摔倒预测,多达五项的运动指标检测[4]。机智云开发者开发了基于机智云Aiot开发平台的智能家居系统,以STM32作为下位机的控制核心,通过传感器搜集家庭环境信息并上传之云服务器,手机APP端通过云服务器实现对下位机各用电器的状态监控,该系统通过云平台对家居环境实现智能化,提高人们日常家居生活的生活质量[5]。

机智云AIoT开发平台提供智能硬件软件自助开发及物联网(IoT)云服务平台,为开发者提供IoT连接、管理和数据运营服务。本文基于机智云提供的物联网平台和阿里云数据平台,研制了智能硬件杯垫收集饮水及环境数据、开发了移动端APP收集用户基本身体数据、开发云端分析程序进行数据分析,建立一套基于物联网技术的老年人饮水状况监测系统。

1系统总体设计

系统由3个部分构成,分别是云端数据管理和分析程序、智能硬件、移动端APP程序,系统架构如图1所示。系统内信息传递及功能运转模式为:智能硬件杯垫将采集到的温湿度、饮水信息传递到云数据库,移动端APP程序将用户录入的生理数据传递到云端,云端程序分析后将处理结果发送到智能硬件杯垫和移动终端APP。

图1各模块信息流程图

智能杯垫主要由信息提示模块、压力传感器模块、数据传输模块、温湿度检测模块、中央信息处理器组成,功能包括收集饮水信息和环境温湿度信息、显示饮水建议和饮水信息。

云端平台由数据库和分析程序组成,主要功能:

(1)接收硬件和移动终端的数据,并将数据存储,形成可视化数据;(2)对数据进行统计分析,发现饮水状况异常情况预警;(3)根据饮水模型计算推荐饮水量和饮水时间。

移动端APP的功能:

(1)读取云端程序返回的数据,进行可视化展示;(2)老人用户或者其关注者在APP上输入生理数据,如慢性疾病、年龄、体重等信息,并将信息传入云端数据库;(3)接收云端程序发来的预警信息,并将信息发送给移动端使用者。

2硬件设计

本文设计制作了一种智能硬件杯垫,用于采集饮水量和环境数据,上传数据的通讯模块使用机智云2G模块广和通G510芯片和WiFiesp8266模块硬件。电路模块主要组成部分为:MCU主控芯片为STM32;使用桥式称重传感器测量水杯重量,通过HX711芯片对数据进行AD转换;SHT20温湿传感器测量杯垫所在环境的温湿度,并将数据传送到主控芯片STM32;OLED显示屏提供了交互界面显示饮水量、环境温湿度和时间日期等信息,采用非接触触摸按钮切换显示信息。智能杯垫的电路模块图和成品效果如图2所示。

图2智能杯垫图

3软件设计

软件部分包括云端数据管理和分析程序、移动电话端APP程序。云端数据库采用MySQL,云端程序用VisualStudio的C#语言开发,移动电话端APP程序基于iOS系统平台开发。

管理员可以通过云端程序的可视化界面查看用户饮水情况、用户的基础信息,自动分析并分发饮水建议到用户手机端APP。同时,该系统也实现了管理员查看和修改用户信息、查看用户APP设置、查看用户关注名单等等功能,以帮助管理人员更加方便地对用户以及用户数据进行管理,程序的主界面如图3所示。

图3云端数据管理和分析程序主界面

移动电话端APP程序的设计原则是以老年人用户使用特点和需求为中心设计,考虑老年人使用智能产品需要帮助的需求,可以其他用户在APP上帮老年人设置信息和查看老年人的饮水信息。APP程序一级界面有4个:今日、历史、资讯、我的。将今日作为首页,显示当天饮水信息展示、提供饮水建议;在历史界面中显示历史记录、按月和年分别展示、查询历史日期饮水信息;在资讯页面提供老年人感兴趣的医疗知识和科学进展,增加用户粘性;在我的页面可修改用户生理信息、设置软件账户信息等。移动电话端APP程序设计图4所示。

图4移动电话端APP程序设计

4结论

目前系统试运行版本已经进行了小范围数据测试,收集了5个试用者的饮水状态数据。从试用过程数据分析,能有效收集到用户饮水行为数据和环境数据,云端分析程序能结合数据提出饮水建议并下发到用户移动电话端APP进行预警提醒。

本文开展了老年人饮水状况监测系统设计,实现了对老年人饮水信息、环境信息的记录监测、智能饮水推荐,后续将通过扩大样本量完善用户饮水量建议模型,提高建议模型的准确度。研究对于老年人身体健康有着积极的意义,对于物联网智能产品如何发挥在智慧医疗中的作用提出了一种思路。