基于人工智能的体医融合社区养老管理系统设计

张商州，徐晓龙

（商洛学院 电子信息与电气工程学院，陕西 商洛 726000）

摘要：通过分析目前社区养老现状，提出将人工智能技术引入到体医融合的社区养老管理中构建智慧养老管理系统，给出了系统的整体设计框架，主要包括硬件电路和上位机。对硬件电路中主控单元，人体血氧、心率、体温、心电采样单元，环境采样单元三部分做了重点介绍；对由LabVIEW组成的上位机人机交互部分进行了设计说明，并对每部分作用进行了详细阐述。利用该系统，一方面可以实时检测用户生理信息，另一方面可以为用户制定科学的运动和就医方案，创新“体育+医疗+养老”服务新模式。

关键词：人工智能，体医融合，智慧养老，LabVIEW，生理参数

Design of a Community Elderly Care Management System Based on Artificial Intelligence for the Integration of Physical Medicine and Medicine

ZHANG Shangzhou, XU Xiaolong

(College of Electronic Information and Electrical Engineering, Shangluo University, Shangluo, Shaanxi, 726000)

Abstract: By analyzing the current situation of community elderly care, it is proposed to introduce artificial intelligence technology into the integration of physical and medical community elderly care management to build a smart elderly care management system. The overall design framework of the system is provided, mainly including hardware circuits and upper computers. The main control unit in the hardware circuit, human blood oxygen, heart rate, body temperature, electrocardiogram sampling unit, and environmental sampling unit are mainly introduced; A design explanation was provided for the human-machine interaction part of the upper computer composed of LabVIEW, and the functions of each part were elaborated in detail. By utilizing this system, on the one hand, users' physiological information can be detected in real-time, and on the other hand, scientific sports and medical treatment plans can be developed for users, innovating a new service model of "sports+medical+elderly care".

Key words: Artificial intelligence; Integration of physical medicine; Intelligent elderly care; LabVIEW; Physiological parameters

0 前言

随着我国经济的发展以及老龄化的进程的加快，据相关统计消息在“十四五”期间，我国老龄化人口将达到3亿[1]，另据中国之声《全国新闻联播》报道，我国有接近2亿心血管病患者，1.14亿成人糖尿病患者，3000万退行性疾病与骨疾病患者……其中，绝大多数是老年人[2]。医学研究发现，许多慢性病使老年人痛苦不已，严重影响着老年人的健康状况和生活质量。随和社会的不断发展，老年人群对健康的要求也越来越高，体育作为促进人体健康的主要方式也受到越来越多人的重视，国内外众多学者开始对体医融合展开研究[3-4]。近几年，体医融合在慢病领域的效益是非常明显的，Luan X等人更是综述26种不同疾病的最新运动处方的治疗方案

[5]。

本课题基于人工智能技术，融合体育、医疗等资源给传统的社区养老模式提供了新的方向，利用人工智能平台，发展智慧养老服务新业态，推动移动互联网、云计算、大数据等与医疗、体育和养老服务业有机结合，创新居家养老服务新模式，提高老年人的生活质量和幸福感。

1 系统总体设计

本系统以人工智能技术为基础，以体医融合社区养老为研究对象，借助LabVIEW软件，运动感知、环境感知和生理参数传感器，无线网络通讯等技术构建智能化养老管理系统，系统总体设计框架如图1所示。

图1 系统总体设计框架

系统由两部分组成，主要有由传感器、控制芯片组成的硬件电路和由LabVIEW编写的上位机程序，硬件电路主要负责采集人体的运动信息、生理参数和外界环境信息，并通过无线网络通讯方式将采集数据传送给上位机。上位机主要进行数据的处理、分析和保存，根据人体的运动和生理参数信息结合以往病史，制定合理的运动处方，同时在个别参数超出阈值后给出相应的就医建议。

2 硬件电路设计

系统的硬件电路设计原理图如图2所示，其中包括控制电路、电源电路、采样电路、按键电路、无线通讯电路和报警电路，下面对主要电路进行设计说明。

图2 硬件电路设计原理图

2.1 控制电路

系统采用STC89C52作为主控芯片，主要负责数据的分析、通讯和报警，电路原理图如图3所示。包括了控制芯片、复位电路和晶振电路，其中复位电路可使系统恢复到起始状态防止死机，晶振电路的作用一般是为所在的系统提供一个最为基本的时钟信号[6]。

图3 控制电路原理图

2.2 人体生理参数电路

本系统中所需采样的人体生理参数主要有：血氧、心率、体温、心电等，所选用的传感器主要有：MLX90614红外测温传感器、MAX30102脉搏血氧饱和度和心率监测传感器、AD8232心电信号采集传感器。

（1）MLX90614传感器

MLX90614传感器是一款集成红外热成像传感器的数字式温度计，能够实现非接触式测温，测量范围为-70℃到+380℃[8]，其接线图如图4所示，其中VCC和GND引脚与单片机电源正负引脚相连；SCL引脚为SMBus串行时钟输入端与单片机PB10引脚相连，产生同步时钟脉冲；SDA引脚为数字信号端与单片机PB11引脚相连，将测量的数据与单片机进行传输。

图4 MLX90614传感器接线图

（2）MAX30102传感器

MAX30102是一款集成了红外发光管、光电二极管、ECG和运动传感器的生物传感芯片，是一种高度集成模块，主要用于监测心率和血氧饱和度检测等[9]，其接线图如图5所示。这里只需用到VCC、GND、SDA和SCL四个引脚即可，其中VCC接+5V、GND接地，SCL引脚、SDA引脚与单片机串口相连，一方面产生同步时钟脉冲，另一方面将测量的数据传送给单片机。

图5 MAX30102传感器接线图

（3）AD8232传感器

AD8232是一款用于ECG及其他生物电测量的集成信号调理模块，该模块可在具有运动或远程电极产生噪声的情况下提取信号，并放大、过滤微弱的生物电信号，其接线图如图6所示。

图6 AD8232传感器接线图

2.3 环境采样电路

本系统中采用DHT11温湿度传感器用来检测环境的温度和湿度，DHT11传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，其应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，包含一个电容式感湿元件和一个NTC测温元件，可以和单片机直接相连，其电路接线图如图7所示。

图7 DHT11传感器接线图

3 上位机设计

本系统上位机采用LabVIEW软件编写，硬件电路通过无线网络将采集到的数据转换后传送给LabVIEW软件，由LabVIEW软件负责对数据进行分析、处理、保存，根据人体的运动和生理参数信息结合以往病史，制定科学的运动方式，当个别参数超出设定范围后提醒用户及时就医。上位机前面板设计如图8所示。

图8 上位机控制面板

上位机控制面板主要分三个模块，有生理参数模块、运动建议模块和就医指南模块。其中生理参数模块中可以实时观测到硬件电路传输的相关信息，有体温、血氧、心率和心电图，同时用户在登录之后可以根据自身情况设定体温、心率等参数的上下限，当采集到数值超过范围之后就会发出报警。运动建议模块会根据用户的生理参数、运动偏好以及环境温湿度为用户设定科学的运动方案，同时可为用户预约相关运动场所。就医指南模块可以根据用户既往病史和目前身体状况给出就医建议，推荐相关意见门诊医生等。

4 总结

本系统将人工智能技术引入到体医融合的社区养老管理中，通过可穿戴下位机电路采集用户的生理信息，通过无线网络通信将用户信息传输给上位机，上位机进行数据的分析、处理与保存，同时结合用户运动偏好、既往病史为其提供科学的运动方案和就医建议，该系统的应用可以大大提高社区的养老管理效率，更好的促进智慧养老、健康养老、体育养老。

参考文献：

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[3]王刚,林俐,乔凤杰.健康中国背景下人工智能促进体育与医疗的融合发展研究[J].中国体育科技,2022,58(10):109-113.

[4]朱秋枝. “体医养融合”养老服务：概念阐释、时代价值及优化路径研究[C]//中国体育科学学会.第十二届全国体育科学大会论文摘要汇编-专题报告（体育社会科学分会）.第十二届全国体育科学大会论文摘要汇编-专题报告（体育社会科学分会）,2022:260-261.

[5]张帆.“健康中国”视域下“互联网+”社区体医融合健康服务平台构建研究[J].体育科技,2022,43(01):14-17.

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[7]黎荣,向珩.“互联网+大数据”背景下的运动康复服务模式研究[J].安徽体育科技,2021,42(03):5-8.

[8]陈培敏,田杨萌,王彩霞等.基于STM32和LabVIEW的心电信号采集系统设计[J].物联网技术,2018,8(11):16-17.

[9]李红利,刘培军,陈国崴等.基于STM32的便携式心电信号采集系统设计[J].天津师范大学学报(自然科学版),2019,39(02):67-70+80.

[10]付常喜.体医融合健康促进大数据服务平台的建设[J].办公室业务,2021(22):178-179.

[11]马莹莹.“互联网+”社区养老管理系统设计[J].物联网技术,2018,8(03):99-100.

项目基金：2022年陕西省体育局常规课题（2022323）；商洛学院科研基金项目（20SKY013）；

作者简介：张商州（1989-），男，硕士，讲师，主要从事智能控制方面研究。E-mail：[e-mail]。