陳士奇

研究背景

中國現(xiàn)處于快速老齡化階段，預計到2050年左右，老年人口將達到全國人口的三分之一，這是一個非常龐大的社會團體。老年人中常見的腦血管疾病、惡性腫瘤、心臟病、糖尿病、高血壓等疾病，在平時的生活中因飲酒過量、體位變化、情緒變化、劇烈疼痛等因素極易引發(fā)暈厥。老人在外因突發(fā)疾病無及時急救而未能挽救生命的案例比比皆是。這背后反映了社會的相關(guān)產(chǎn)業(yè)未能跟進式發(fā)展，仍存在短板，缺少相關(guān)配套的解決方案。老年人在外安全已成為嚴峻的社會問題。隨著信息化時代的到來，可穿戴設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成為當今發(fā)展的主流方向。萬物互聯(lián)改變?nèi)祟惿罘绞?，物?lián)網(wǎng)設(shè)備也逐步走向輕量化、自動化和智能化?；谝陨锨闆r，我研發(fā)了智能應(yīng)急呼救系統(tǒng)（圖1），目的是讓系統(tǒng)智能判斷老年人是否出現(xiàn)身體異常，如發(fā)生異常情況系統(tǒng)可自動向120和監(jiān)護人電話報警，并發(fā)送GPS定位信息，讓患者在第一時間獲得救助，從而挽救生命。

基本思路

人體最基本的生命體征是體溫、脈搏、呼吸和血壓。脈搏反映了心率，而心率在判斷一個人是否健康時尤為重要，我開發(fā)的系統(tǒng)以單片機為主控芯片，心率數(shù)據(jù)。

通過心率傳感器采集心率變化數(shù)據(jù)。正常成年人的心率在60?90次/分鐘，劇烈運動時可以達到100次/分鐘，老年人心率比正常成年人略高。我聽從父親醫(yī)院相關(guān)專家建議，在設(shè)備中分別把每分鐘低于45次和每分鐘高于120次的心率設(shè)為異常心率。

在使用過程中，當使用者心率不正常或突發(fā)昏迷摔倒時，手環(huán)可把監(jiān)測到的數(shù)據(jù)通過藍牙傳至A手機伴侶，A手機（4G手機）主要實現(xiàn)通訊、定位功能，并判斷佩戴者是否體位異常（是否摔倒）。如A手機發(fā)現(xiàn)異常情況，可自動向B客戶端（監(jiān)護人手機）和C客戶端（120電話和120服務(wù)器管理端）撥打電話報警，同時語音和短信告知自己的實際位置。本系統(tǒng)具有功能完善、擴展性高、全方位可穿戴智能應(yīng)急呼救功能。

設(shè)計方案

功能設(shè)計

實時監(jiān)測人體心率數(shù)據(jù)。

實時判斷人體體位。

智能判斷并撥打語音電話、發(fā)短信求救，可報告患者的實時位置。

手動一鍵報警求救。

B/C客戶端可以主動查詢佩戴該設(shè)備的使用者所在位置、運行軌跡及心率數(shù)據(jù)。

可導航到使用者求救的位置。

方便與現(xiàn)有120救護系統(tǒng)整合拓展。

結(jié)構(gòu)設(shè)計

A端（4G手機）包括蜂鳴器、心率傳感器插座、Arduino 2560模塊、TTS語音模塊、2個藍牙模塊、電池、揚聲器、外殼、開關(guān)、USB充電接口。B端（手環(huán)）包括藍牙模塊、Lin智能模塊小板、心率傳感器、電池、開關(guān)、USB充電口、手環(huán)外殼。

電路設(shè)計

A端和B端的電路設(shè)計見圖2和圖3。

界面設(shè)計

界面設(shè)計包括LOGO、啟動界面、

應(yīng)用時的界面（圖4）等。

程序設(shè)計

A端（使用端）：Arduino程序設(shè)計，實現(xiàn)心跳數(shù)據(jù)采集、語音合成模塊發(fā)音、蜂鳴器發(fā)聲、串口藍牙通訊功能。

B端（手機客戶端）：數(shù)據(jù)采集手機客戶端APP程序設(shè)計實現(xiàn)人體姿態(tài)檢測、GPS定位、藍牙通訊、4G網(wǎng)絡(luò)通訊功能;智能應(yīng)急呼救系統(tǒng)手機客戶端APP程序設(shè)計實現(xiàn)GPS定位、數(shù)據(jù)查詢、導航、醫(yī)院通知查詢、4G網(wǎng)絡(luò)通訊功能。

C端（120服務(wù)器管理端）：程序設(shè)計實現(xiàn)數(shù)據(jù)儲存、GPS定位、數(shù)據(jù)查詢、導航、醫(yī)院通知發(fā)送、4G網(wǎng)絡(luò)通訊功能。

創(chuàng)新點

多客戶跨平臺，全自動智能監(jiān)測人體健康狀態(tài)，出現(xiàn)心率異常、佩戴者摔倒等危險狀況需要救助時，系統(tǒng)自動定位報警，及時挽救生命。

跨平臺APP開發(fā)，將騰訊地圖和GPS結(jié)合，實現(xiàn)實時定位、導航，把被監(jiān)護人的位置和手環(huán)心率數(shù)據(jù)（A端）利用4G物聯(lián)網(wǎng)遠程實時顯示在監(jiān)護人手機客戶端（B端）和120的電腦或手機客戶端（C端）。方便120及監(jiān)護人利用定位、導航系統(tǒng)及時趕往現(xiàn)場，加以救護。

跨平臺APP開發(fā)，Arduino 2560采集到的心率數(shù)據(jù)和手機傳感器采集的體位摔倒數(shù)據(jù)，可通過藍牙傳遞給A端。A端智能判斷，并分別向監(jiān)護人手機客戶端（B端）和120的電腦或手機客戶端（C端）自動撥打由TTS合成的語音電話，并發(fā)送手機短信，告知120及監(jiān)護人患者出事的位置，方便患者得到及時救護。

利用Arduino 2560板將信息采集、TTS語音、藍牙通訊、充電、復位多種功能集一體的DIY硬件，包括電池、喇叭、主控板、傳感器、壓電陶瓷蜂鳴片、各種開關(guān)接口，安裝在比手機還小的超薄盒子里與手機套緊密結(jié)合，與手機成為伴侶關(guān)系，可分可合，方便自如，不影響手機功能。

將藍牙通訊、4G網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴結(jié)合，實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，軟硬件結(jié)合，發(fā)現(xiàn)危險行為不需人為操作，智能主動報警，具有一定的實際應(yīng)用意義和社會意義。

小結(jié)

智能應(yīng)急呼救系統(tǒng)實現(xiàn)了設(shè)計的功能需求，當佩戴者發(fā)生心率異?；蛩さ沟任ｋU狀況需要救助時，系統(tǒng)自動定位報警，可使患者第一時間得到救助。系統(tǒng)的不足之處是采集人體數(shù)據(jù)太少（如體溫、血氧、呼吸等），系統(tǒng)有多客戶演示功能，但沒有做到多客戶系統(tǒng)應(yīng)用，這些問題可在后續(xù)研究時改進。

該項目獲得第33屆全國青少年科技創(chuàng)新大賽創(chuàng)新成果競賽項目中學組計算機科學一等獎。

專家評語

項目來源于實際生活，實地取材。手機端及云端設(shè)計均有考慮，系統(tǒng)成熟度較高。