摘要:為探究老年人身體健康和飲水狀況之間的關系,提出基于機智云物聯網和阿里云數據庫技術的飲水狀況智能檢測系統設計。系統由智能杯墊硬件、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數據、環境溫度和濕度信息并傳送到云數據庫,移動電話APP程序可錄入用戶生理信息并傳送到云數據庫及查看分析結果,云端分析程序根據云數據庫中用戶數據和健康飲水原則建立個性化飲水建議。通過該飲水狀況監測系統,可實現對用戶飲水信息、身體狀況的記錄及提供飲水建議,可用于個人及醫院對用戶的身體狀況、慢性疾病預防方面分析的參考。

0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[1]。據中國水研究所的調查結果,能通過調節飲水習慣進行改善,高血壓、低血壓、高血脂、糖尿病、便秘這些都幾乎和飲水相關。老年人生理機能渴覺退化,身體已經缺水也不會覺得口渴[1]。本文基于機智云物聯網開發平臺建立老年人飲水監測系統，可以采集以及分析老年人飲水狀態,根據居住環境溫濕度、人體基本生理參數等提出個性化健康飲水建議,進而幫助老年人調節身體健康。

目前已有一些系統采用物聯網技術采集人們的生活、行為數據用于健康分析。如楊君儀等人設計了一套能夠監測老年人心率、血壓的可穿戴式監測系統,該系統由可穿戴設備、監測終端、云端、用戶終端等4個部分組成[2]。李威等聯合開發了遠程老年人監測儀,采用高精度三維位置的MXTOS2-200模塊和MXT8051MCU模塊設計終端產品,通過對老年人心電、呼吸頻率、行走狀況(跌倒)等生理狀態參數的實時采集測量,與正常生理參數范圍做比較,進行預警動作[3]。

蘋果公司研發的iWatch可以進行對使用者心率偏低和偏高時的預警通知,進行摔倒預測,多達五項的運動指標檢測[4]。機智云開發者開發了基于機智云Aiot開發平臺的智能家居系統,以STM32作為下位機的控制核心,通過傳感器搜集家庭環境信息并上傳之云服務器,手機APP端通過云服務器實現對下位機各用電器的狀態監控,該系統通過云平臺對家居環境實現智能化,提高人們日常家居生活的生活質量[5]。

機智云AIoT開發平臺提供智能硬件軟件自助開發及物聯網(IoT)云服務平臺,為開發者提供IoT連接、管理和數據運營服務。本文基于機智云提供的物聯網平臺和阿里云數據平臺,研制了智能硬件杯墊收集飲水及環境數據、開發了移動端APP收集用戶基本身體數據、開發云端分析程序進行數據分析,建立一套基于物聯網技術的老年人飲水狀況監測系統。

1系統總體設計

系統由3個部分構成,分別是云端數據管理和分析程序、智能硬件、移動端APP程序,系統架構如圖1所示。系統內信息傳遞及功能運轉模式為:智能硬件杯墊將采集到的溫濕度、飲水信息傳遞到云數據庫,移動端APP程序將用戶錄入的生理數據傳遞到云端,云端程序分析后將處理結果發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、數據傳輸模塊、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境溫濕度信息、顯示飲水建議和飲水信息。

云端平臺由數據庫和分析程序組成,主要功能:

(1)接收硬件和移動終端的數據,并將數據存儲,形成可視化數據;(2)對數據進行統計分析,發現飲水狀況異常情況預警;(3)根據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據,進行可視化展示;(2)老人用戶或者其關注者在APP上輸入生理數據,如慢性疾病、年齡、體重等信息,并將信息傳入云端數據庫;(3)接收云端程序發來的預警信息,并將信息發送給移動端使用者。

2硬件設計

本文設計制作了一種智能硬件杯墊,用于采集飲水量和環境數據,上傳數據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芯片對數據進行AD轉換;SHT20溫濕傳感器測量杯墊所在環境的溫濕度,并將數據傳送到主控芯片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

3軟件設計

軟件部分包括云端數據管理和分析程序、移動電話端APP程序。云端數據庫采用MySQL,云端程序用VisualStudio的C#語言開發,移動電話端APP程序基于iOS系統平臺開發。

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、用戶的基礎信息,自動分析并分發飲水建議到用戶手機端APP。同時,該系統也實現了管理員查看和修改用戶信息、查看用戶APP設置、查看用戶關注名單等等功能,以幫助管理人員更加方便地對用戶以及用戶數據進行管理,程序的主界面如圖3所示。

圖3云端數據管理和分析程序主界面

移動電話端APP程序的設計原則是以老年人用戶使用特點和需求為中心設計,考慮老年人使用智能產品需要幫助的需求,可以其他用戶在APP上幫老年人設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療知識和科學進展,增加用戶粘性;在我的頁面可修改用戶生理信息、設置軟件賬戶信息等。移動電話端APP程序設計圖4所示。

圖4移動電話端APP程序設計

4結論

目前系統試運行版本已經進行了小范圍數據測試,收集了5個試用者的飲水狀態數據。從試用過程數據分析,能有效收集到用戶飲水行為數據和環境數據,云端分析程序能結合數據提出飲水建議并下發到用戶移動電話端APP進行預警提醒。

本文開展了老年人飲水狀況監測系統設計,實現了對老年人飲水信息、環境信息的記錄監測、智能飲水推薦,后續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,對于物聯網智能產品如何發揮在智慧醫療中的作用提出了一種思路。