智能健康手环的设计与实现方案

智能健康手环的设计与实现方案

申宇皓,沈阳师范大学,辽宁省沈阳市110034

摘 要：随着我国社会老龄化进程的加快，越来越多老年人面临着诸多的健康问题。基于此，智能手环的出现，以及我国智能手环市场近几年的蓬勃发展，为解决这类问题带来了新的转机。本文针对老年群体对智能手环的健康监测、健康管理及智能服务等需求进行了市场调查，并结合需求提出了适用于老年人的智能手环设计及实现方案，为老年人群日常健康检测问题提供解决思路。

关键词：方案设计；智能健康监测 ；APP

1 .引言

伴随着我国社会的高度发展，在生活节奏和压力骤增的环境下，如何提高健康质量并延长健康预期寿命将是我们每个人都面临的挑战。人体的老化是一个自然的过程，每个人都应该积极认真对待，此外，随着社会经济条件的改善，中国人对生活质量的要求不断提高，对情感和精神世界的关注也愈加强烈。由于信息化时代的不断发展，老年人群体由于信息接受能力较弱从而感到难以融入社会，引起了心理和生理上的一系列问题。青年人则由于快节奏的生活，面临严峻的就业压力与家庭负担，能陪伴老人的时间少之又少。但是随着科技的进步，新的科技技术能有效的缓解或者解决这些问题。21世纪的社会是智能化社会,智能生产、智能生活将是未来社会的必然趋势,智能化将会成为未来社会的一种主流。所以为顺应市场需求推出智能手环项目,通过对产品概念的创新，使用最新的汇编语言编写一套完整的APP，让手环在功能上更具人性化，便捷化成为巨大的市场需求。本文还将会研究到APP在智能化社会中的实现意义如：如何准确无误的检测老年人群体的血压及心跳并等具体功能。

2. 智能健康手环需求分析

在智能时代中，新型的智能化设备为我们的生活提供了极大的便利，其中最为瞩目的便是智能化穿戴设备。此类设备不仅兼容了传统纯机械类设备的功能，同时还发展出了如检测人体心跳频率等新功能。然而，在智能手环方面，目前市面上涌现的大部分产品以及其包含APP功能都是针对年轻一代的消费群体，有些产品因为其设计理念的先进，产品功能过于科技化，使用过程十分复杂，比如Apple Watch 的Apple pay功能，以及华为Watch的喜马拉雅听书功能等，这些功能对于大部分老年人而言，由于其学习能力和认知能力较弱而难以正常使用。对于老年群体，他们最需要的功能是日常的生命体征检测、实时GPS定位、紧急SOS呼救等面对突发状况所能够及时拯救老人的功能App。针对此需求提出了具体的实施方案。

3 智能健康手环方案设计

3.1智能监测原理与算法实现

智能健康手环主要针对血氧浓度数据的检测与传输功能、步数计数功能进行算法实现。

3.1.1 血氧浓度算法实现

对于血氧浓度功能模块，主要运用光电传输测量原理，来确定穿戴者的心跳，但是为了完美实现心率检测功能所付出的代价便是设备需要消耗大量的能量以维持功能，并且在使用过程中功能会受到环境因素的影响导致数据的准确度不高，对此可以通过自动休眠唤醒功能来改善能消耗问题。心率模块功能主要使用的是Pluse sensor传感器，这是一款用于脉搏心率测量、脉搏波形测量和HRV分析的光电反射式模拟传感器。通过利用人体组织在血管搏动时造成透光率不同来进行脉搏测量，对光电信号进行滤波、放大，最终输出模拟电压值。用户将其佩戴于手指、耳垂等处，通过导线连接可将采集到的模拟信号传输给单片机用来转换为数字信号，再通过简单计算后就可以得到心率数值，此外还可将脉搏波形通过串口上传到电脑显示波形。其工作流程如示：

随后通过将输出的模拟信号电压通过模数转换来得到数字信号，编码思路思路便是将十次AD转换值进行冒泡排序，最后去头去尾求平均得出最后的的数值。

3.1.2计算步数算法实现

对于计算步数的模块为了达到记录步数的准确，硬件上手环可以使用ADXL345加速度传感器，软件上的编程实现便是在得到x、y、z三个相互正交的方向上的加速度后以电压信号输出后，通过系统的持续更新三个方向上加速度的最大值和最小值，每采样50次更新一次，取平均值的最大值与最小值的和除以二记为阀值，在接下来的50次采样利用此阈值来判断个体是否迈出步伐。通过这种计数方法所得出的步数值具有高强的适应性和高精度性。计步算法部分代码如下：

3.2智能健康手环APP

通过上述传感器加算法精确地感知到用户的动作。在确定这些动作和心率血氧数据后，智能健康手环通过蓝牙技术将数据发送至手环APP。APP结合用户提供的个人资料，经过数据分析后，最终提供给用户一个相对准确的监控数据，用户通过这些数据可以制定合理的健康应对措施。本次开发使用的是跨平台开发框架kivy模快，使用的是python语言构建页面。

APP界面：

4 结论

本文针对目前市场对智能健康手环需求提出了相对完整的解决思路。在此基础上，我们将继续完善智能健康手环的功能，即期望通过APP端对手环的能量消耗进行有效控制。同时继续优化算法，期望让手环能够更好地适应不同环境，充分发挥全部功能为使用者带来真正的便利。