专利名称：一种健康监控系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种无线健康监控系统，特别涉及一种采集人体多种生理指标并通过无线3G网络传输至服务器进行健康监护的系统。
背景技术：
我国人口众多，人均医用资源不足，医疗费用高昂；老龄化人口逐渐增多，日常生活得不到足够的照顾；慢性病人和亚健康人群缺少常态化的医疗诊断。针对这些情况，开发一个价格低廉、可随身携带、具有良好扩展性的健康监护系统是十分有必要的。目前已开发的无线健康监护系统存在以下问题(1)数据传输方式的局限性目前健康监护系统使用的数据传输技术主要有Zigbee、蓝牙、串口、GPRS等。这几项技术在针对健康监护这一应用上均存在一定局限性串口传输只适用于固定的数据采集设备；Zigbee技术需要自行组网，只能进行短距离传输，需自行定义路由协议，较复杂且费用较大，用户的活动范围只能局限于小区内；蓝牙传输距离短，且传输效果受到环境干扰， 用户的活动范围受限；GPRS的覆盖面广，可有效克服Zigbee和蓝牙传输距离较短的缺点， 但GPRS的带宽有限，无法充分利用移动互联网资源。(2)扩展性能较差现有的健康监护系统设计扩展性较差，过分依赖通过提高监护设备性能来获取更好的监护效果，如选用高性能的芯片来实现复杂数字滤波算法等。考虑到嵌入式设备资源有限，无法储存大量的数据且计算能力受限，这种做法是不经济的，并且会提高设备成本， 加重用户负担。(3)以C/S架构为主，设备升级复杂目前的监护系统大多采用C/S (Client/Server)架构，C/S架构需要用户安装特定的软件，软件升级较为麻烦，并且跨平台性较差，对于特定平台需要重新进行软件设计，其最大的好处是可以把计算任务合理分配到客户端和服务器，主要适用于胖客户。对于嵌入式这种资源受限的应用，显然不适用于胖客户模型。(4)用户隐私容易泄露由于传输的数据涉及到用户账号以及身体健康状况等隐私信息，目前的无线健康监护系统，特别是使用Internet进行数据传输的系统，较少对数据进行加密，用户数据在传输过程容易遭到泄露。(5)监护设备续航时间较短在目前多个健康监护系统的实现方案中，均极少提及甚至回避电池续航的问题， 而这个问题恰恰是便携式设备不可回避的问题。为保证在一段时间内对用户进行不间断的健康监护，必须使设备在大部分时间处于低功耗状态，以保证电池具有较长的续航时间。忽视这个问题的存在，将无法实现用户的全天候监护。(6)缺少对不同用户的个性化管理[0015]用户的健康数据信息量是十分庞大的，目前的监护系统设计往往缺少对不同用户的个性管理，对所有用户采用相同的数据登录规则。这种做法造成每个用户的健康数据均存在大量冗余，对用户信息检索以及用户诊断都是十分不利的。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服目前无线健康监护系统的缺点和不足，研究设计一种具有良好扩展性的无线健康监护系统。本实用新型通过以下技术实现其目的。一种健康监控系统，由健康监护设备、3G网络和Web服务器组成，所述健康监护设备通过3G网络与Web服务器连接，健康监护设备采用连接有多个生理特征传感器、3G无线网卡、GPS模块的嵌入式设备，所述Web服务器为使用云计算服务搭建的虚拟主机，健康监护设备采集数据并把数据通过3G网络传输至Web服务器，Web服务器对数据进行处理后并反馈给健康监护设备。所述的健康监护设备是指连接有多个生理指标传感器、3G无线网卡、GPS模块的嵌入式设备。其主要组成设备包括数据采集模块、数据处理模块、显示模块、电源模块、GPS 模块、接口电路、3G无线网卡。数据采集模块由多个生理特征传感器组成，可对人体多种不同的生理指标进行采集；接口电路由3G无线网卡接口、Micro SD卡接口组成；电源模块为各模块提供电源；通过3G无线网卡可接入到3G网络。所述的网络是指符合国际3G标准的网络，包括WCDMA、CDMA2000、TDS-CDMA等。所述的Web服务器是指使用云计算服务搭建的虚拟主机，并安装有HTTP服务，其 IP地址与指定域名绑定。网站托管在该服务器上，并把所有用户数据保存在数据库中。用户可通过指定域名登陆到网站。整个系统使用B/S (Brower/Server)架构进行搭建，所有提供的服务均运行在浏览器中，对各种平台提供统一的接口，计算任务主要集中在服务器。监护设备负责采集数据并把数据传输至服务器，服务器对数据进行统计及相关计算，以友好的方式呈现在指定网站并向用户推送相应的健康信息或进行相应的报警操作。本实用新型的健康监控系统实现了网上移动商店。用户可自由地在移动商店下载适合的应用，对监护设备功能作进一步扩展。监护设备传输数据的规则由特定文件限定，规则分为一般规则和特殊规则，一般规则分为三种模式，包括每隔指定时间传输、到达指定时间点传输和达到一定数据量进行传输。根据采集的数据种类的不同，每个传感器必须设定为一般规则中的其中一种传输模式。特殊规则是针对每种数据的特殊性而设定的，每个传感器只需定义特殊规则中的部分即可。本实用新型的健康监控系统在进行数据传输前，对所有涉及用户隐私的数据使用 HIGHT算法进行数据加密。本实用新型与现有无线健康监控系统相比有如下优点(1)可扩展性极大提高随着用户数量的增多以及监护设备的数据类型的进一步丰富，服务器的存储资源和计算资源将面临挑战。传统的解决方法是减少服务器的服务提供类型，以减少资源的使用，或者将所有服务整体迁移到性能更优的服务器上。使用云计算服务，由于所有存储资源和计算资源都是动态分配的，理论上可以无限扩展，不存在资源匮乏的问题。(2)对用户设备要求最低由于计算资源集中在服务器，监护设备理论上可以简化为只具有输入输出功能的设备，大大降低监护设备的成本。监护设备的升级，如增加新的传感器等，将会变得十分简单，避免陷入过往设计中监护设备软件与硬件同步升级的循环中。(3)安全性极大提高健康监护系统中储存着大量的用户健康数据，保护用户的隐私显得十分重要。使用云计算服务，系统开发者只需关注所开发的应用的安全性，而云计算服务提供商来保证服务提供的安全性，基本上杜绝了服务器泄露用户隐私的可能性。(4)可靠性极大提高用户数据存储在服务器端，而应用程序在服务器端运行，计算由服务器端来处理。 所有的服务分布在不同的服务器上，任何节点出现问题将会自动转至其他节点运行，保证了计算的不间断进行，系统的平均无故障时间达到最大。(5)服务提供更加丰富所有服务由服务器提供，服务器可对设备传送的原始数据进行各种不同的统计， 以更丰富的形式呈现在网站上，并对用户健康状况作出更合理的评估。而传统设计把应用固化在设备中，显然不能自由对系统功能进行定制。(6)设备续航时间延长使用云计算技术，使监护设备脱离繁重的计算任务，直接把预处理后的数据传送至服务器并等待信息反馈即可，设备耗能较低。并通过引入传输配置文件，合理安排连接移动互联网的时间，使设备主要处于对某些需实时采集数据的传感器的A/D采样上，使功耗降至最低，设备续航时间得到延长。(7)用户数据保密性增强本实用新型使用HIGHT算法对用户敏感数据进行加密，如用户名、密码以及身体健康指标等，避免用户隐私在传输过程中泄露。HIGHT算法是针对嵌入式设备设计的加密算法，资源消耗及内存占用较少，基本上不会对设备性能造成影响。(8)更好的用户体验基于B/S架构，用户只需使用安装有任意网页浏览器的设备，并连接到互联网中， 即可获取健康方面的统计信息，并不只局限于监护设备，使用方便，用户体验良好。(9)广阔的覆盖面3G网络带宽资源丰富，覆盖面广，在少数3G网络还没覆盖的地方，3G无线网卡会自动连接到2G网络。只要用户在移动通信网络的覆盖范围内，就能得到本实用新型提供的健康监护服务，用户的活动范围并不局限在小区内。(10)系统更新更加快捷方便本实用新型的整体设计是基于B/S架构的，用户通过浏览器获取所需信息，系统服务更新只需在服务器端进行，不需要对监护设备进行升级。由于所有服务均通过网站提供，对所有操作系统提供统一的接口，不需要对每种平台分别进行升级。
图1是本实用新型的总体系统设计示意图。图2是图1所示便携式监护设备的外观示意图。图3是便携式监护设备结构示意图。图4是便携式监护设备的主控程序流程图。图5是便携式监护设备的主界面示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步具体的描述。图1是本实用新型的系统总体结构图，由便携式健康监护设备1、3G网络2、使用云计算服务的服务器3组成。对于本实施例，服务器3是使用Amazon公司的EC2 (Elastic Compute Cloud)弹性云服务搭建的Web服务器，并利用Amazon公司提供的弹性IP地址服务，把EC2实例、域名和IP地址绑定在一起，使监护设备可以通过指定域名唯一地定位到服务器。Amazon EC2是一个让用户可以租用云电脑运行所需应用的系统。EC2借由提供Web服务的方式让用户可以弹性地运行自己的Amazon机器镜像文件，用户将可以在这个虚拟机上运行任何自己想要的软件或应用程序。由于实施例中监护设备的数量较少，服务器仅配置613MB内存、10GB 硬盘、30GB月流量，当用户增多或计算资源不足时，可对云资源进行扩展。对于本实施例，3G网络2使用的是中国电信CDMA2000网络。图2是图1所示的便携式健康监护设备1的外观，由图2可见，便携式健康监护设备由机壳、核心电路板、液晶(LCD)显示屏、触摸屏、3G模块、GPS模块、多个生理指标传感器、扬声器、电池共同组成；IXD显示屏固定在机壳正面，触摸屏覆盖在IXD显示屏上面，核心电路板、3G模块、GPS模块、多个生理指标传感器、扬声器、电池安装在机壳内部。机壳面板上各部件具体说明如下(11)为IXD显示屏，显示文字，图片和动画；(12)为触摸屏，使用者通过点击触摸屏向系统发出各种指令；(13)为耳机接口，使用者可以通过插入3. 5mm的耳机收听音乐；(14)红外耳温探头，使用者通过该耳温探头测量体温；(15)血氧脉搏仪的接口，用于读取血氧脉搏信息；(16) USB充电接口，设备通过标准USB接口对电池进行充电；(17)内嵌式USB拨动开关。所谓内嵌式，是指该开关不凸出于外壳，而是与外壳平齐或略低。这样是为了避免因该开关或按钮被不必要的触碰到而产生的误操作。当开关处于打开状态时，3G模块才被驱动；(18) SD卡接口，使用者可插入SD卡对设备存储空间进行扩展；(19)电源拨动开关；(20)外置供电接口。便携式健康监护设备的具体结构如图3所示，由图可见，本便携式健康监护设备由核心处理模块、数据采集模块、接口电路、扬声器电路、IXD显示接口电路、电池电路、GPS 电路共同连接组成；其相互连接关系为数据采集模块、接口电路与核心处理模块相连接，核心处理模块输出数据给扬声器电路、LCD液晶屏和GPS电路，而电源模块为各个电路提供电源。对于本实施例，核心电路板包括S3C2440最小系统及其外围电路，液晶显示屏是型号为WXCAT35-TG3#001F的3. 5寸TFT-LCD，其上面覆盖一个四线电阻式触摸板，3G模块是华为公司生产的CDMA2000制式的3G无线上网卡EC189，GPS模块是型号为SKY16A1型高灵敏度低功耗的GPS接收器，多个生理指标传感器包括加速度传感器ADXL345、内置红外温度计MLX90615的红外耳温探头、康太CMS-50DL型手指血氧脉搏检测模块，锂电池是使用松下公司的CGA103450A型锂电池，容量为1800mah。便携式健康监护设备的软件系统使用开源系统Linux组建。通过移植Linux 2.6 内核，建立根文件系统，编写各个传感器对应的驱动程序，实现数据的采集；移植PPP等开源软件实现3G网络的连接；移植Qt，设计完成监护设备的用户接口 ；使用Qt内置的 Webkit，完成功能较完善的网页浏览器；编写具有良好扩展性的程序库，可自动从服务器获取最新程序列表；实现友好的健康信息弹出提示。便携式健康监护设备的工作原理是各个采集模块通过不断采集数据(包括各种生理参数、GPS定位信息、摔倒信号)，然后传输到核心处理模块上，而核心处理模块通过程序响应用户的操作，通过LCD驱动控制器进行图像显示，并随时接受用户点击触摸屏发出的命令。设备定时传输数据到网络服务器上，与网络进行信息交互。当有突发事件发生，如摔倒检测电路发送警报到核心处理模块，启动相应的报警机制处理，其主控程序流程图如图4所示，依据程序来实现各种功能。便携式监护设备的工作过程为上电后，系统首先对各个生理传感器、GPS模块、 3G无线网卡等设备和驱动进行初始化。以上初始化完成后，驱动LCD显示屏显示开机画面， 并向服务器发起用户验证请求，验证成功后获取从服务器下载的对于该用户的传输规则文件。系统会根据该传输规则文件定时向服务器连接到3G网络，并向服务器发送该用户的生理数据。然后系统进入主屏幕(图5)，顶端状态条为设备目前的电量以及时间显示，下方各个程序的图标。初始化状态下，设备只预装有网页浏览器和程序管理器和信息管理器三个应用。随着设备安装应用的增多，主屏幕的图标也会相应增多。当图标数目超过一屏(6个) 时，用户可通过滑动屏幕转至其他主屏幕。用户可以点击各个图标，设备会自动通过触摸屏驱动控制电路接收使用者的指令，并打开相应的应用程序。用户点击网页浏览器图标后打开新窗口，顶部为地址栏，默认为本实用新型所申请的域名，下方为具体网页内容显示。用户可点击地址栏，并通过点击屏幕上的虚拟键盘进行输入，按确定后，下方会显示指定域名的网页内容。点击屏幕下方的返回按钮回到主屏幕，如图5所示。用户点击程序管理器的图标进入后打开新窗口，左方是即时从服务器更新的可供下载的所有应用，右方为该应用的版本号。点击应用图标后，若该应用未在设备上安装或不是最新，则自动从服务器下载并安装，在主屏幕上会新增相应的应用图标。点击屏幕下方的返回按钮回到主屏幕，如图5所示。用户点击信息管理器图标后后打开新窗口，设备接受的所有从服务器推送的信息以列表形式在这里列出，并注明发送时间、是否已读等。当设备接受到服务器推送的健康信息时会弹出提示对话框，用户点击确定后自动进入信息管理器并打开该信息，点击返回则忽略该信息。本实用新型建立的网站前台，左下方为用户登陆框，用户必须输入正确的用户名和密码才可查看对应的信息。对于本实施例，网站提供的信息包括用户各个生理指标的统计信息、GPS定位信息、用户运动状态的统计信息以及运动量统计，并可设置所接收的服务器推送信息类型。本实用新型建立的网站后台，管理员在此输入正确的用户名和密码即可进入管理页面。管理员权限分为两种，分别为普通管理员权限和超级管理员权限。普通管理员拥有权限查看指定用户的信息，设定用户的数据传输规则和用户适用的监护应用，对用户进行监护诊断等。超级管理员是系统的开发者，可对系统提供的服务和应用进行修改，并授予普通管理员查看指定用户信息的权限。针对实施例的监护设备的传感器配置情况，服务器程序库提供以下应用(1)跌倒检测该应用适用于独自活动的老人。跌倒检测主要使用重力特征进行判决。若检测到用户跌倒并在一段时间内处于不活动状态，程序立即将该信息和用户的GPS坐标发送至服务器。服务器接收到该信息后，通过Google Map API把该坐标转换为实际地理位置，并发送报警短信到预设的手机上。(2)运动量自动计算器利用加速度传感器的三轴加速度数据，对用户的四种常见运动状态，静止、走路、 跑步、跳跃，进行识别，结合计步算法以及用户提供的基本数据，包括身高、体重等，可粗略估计出用户的运动量。当用户一天的运动量不足时程序会自动提醒用户进行锻炼。上述实施例为本实用新型较佳的实施例子，在实际应用中，也可以对本实施例所公开的方案进行适当的修改，具体可以采用的修改如下(1)更换健康监护设备的主控芯片或使用不同型号的传感器(2)增加健康监护设备的传感器数目(3)使用不同的云计算服务供应商(4)对云资源进行扩展(5)增加或修改程序库提供的程序(6)网站界面的优化(7)对传输规则进行扩展。
权利要求1.一种健康监控系统，其特征在于由健康监护设备、3G网络和Web服务器组成，所述健康监护设备通过3G网络与Web服务器连接，健康监护设备采用连接有多个生理特征传感器、3G无线网卡、GPS模块的嵌入式设备，所述Web服务器为使用云计算服务搭建的虚拟主机，健康监护设备采集数据并把数据通过3G网络传输至Web服务器，Web服务器对数据进行处理后并反馈给健康监护设备。
2.根据权利要求1所述的健康监控系统，其特征在于所述健康监护设备包括数据采集模块、数据处理模块、显示模块、电源模块、GPS模块、接口电路、3G无线网卡，数据采集模块由多个能对人体多种不同的生理指标进行采集的生理特征传感器组成，接口电路由3G无线网卡接口、Micro SD卡接口组成，电源模块为其他模块提供电源，3G无线网卡实现接入 3G网络。
3.根据权利要求2所述的健康监控系统，其特征在于使用B/S架构将所有平台提供的服务均运行在浏览器中，并对各种平台提供统一的接口，健康监护设备采集数据并把数据传输至Web服务器，而对数据进行处理的计算任务则集中在Web服务器上，Web服务器对数据进行统计及计算，将结构呈现在所绑定域名的网站上，并向用户推送相应的健康信息或进行相应的报警操作。
专利摘要本实用新型提供一种健康监控系统，由健康监护设备、3G网络和Web服务器组成，所述健康监护设备通过3G网络与Web服务器连接，健康监护设备采用连接有多个生理特征传感器、3G无线网卡、GPS模块的嵌入式设备，所述Web服务器为使用云计算服务搭建的虚拟主机，健康监护设备采集数据并把数据通过3G网络传输至Web服务器，Web服务器对数据进行处理后并反馈给健康监护设备。
文档编号H04L29/08GK202068446SQ20112013092
公开日2011年12月7日 申请日期2011年4月28日 优先权日2011年4月28日
发明者冼启源, 李天豪, 梁康楠, 金连文, 麦松涛 申请人:华南理工大学