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智能健康監(jiān)護系統(tǒng)軟件設(shè)計研究
摘要： 智能健康監(jiān)護系統(tǒng)是針對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在醫(yī)療方面的應(yīng)用，基于嵌入式系統(tǒng)、無線通信、手持設(shè)備等最新實用技術(shù)，以社區(qū)家庭老人健康監(jiān)護為應(yīng)用目的醫(yī)療系統(tǒng)。系統(tǒng)由STC12C5A60S2為感知層平臺、GSM/GPRS無線傳輸構(gòu)成為網(wǎng)絡(luò)層、PC機和手持設(shè)備終端為應(yīng)用層的三層結(jié)構(gòu)。應(yīng)用層的軟件系統(tǒng)設(shè)計采用模塊化、插件化、標(biāo)準(zhǔn)化的各個子系統(tǒng)設(shè)計。所有子系統(tǒng)按照平臺需求采用不同的軟件平臺開發(fā)。
關(guān)鍵詞： 物聯(lián)網(wǎng);監(jiān)護;STC12C5A60S2
Abstract： The health intelligent monitoring system is the medical system aiming at the application of the Internet of Things technology in the field of medical and being based on the latest technologies， such as embedded system， wireless communication， hand-held devices and so on. The purpose of the system is to care the health of the old person in community family. The system have three layer structure：STC12C5A60S2 as the platform for the perception layer， GSM/GPRS wireless transmission as the network layer， the PC and hand-held terminal equipment as the application layer. The software system design of application layer adopts modularized， plug-in and standardized independent subsystem design. All subsystems should be developed according to the demand of the platform and with different software platforms.
Key words： Internet of Things;monitoring;STC12C5A60S2
1 研究目標(biāo)和研究內(nèi)容
本研究為《基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的社區(qū)家庭老人實時智能健康監(jiān)護系統(tǒng)的研究及實現(xiàn)》(《The Internet of things technology community home for the elderly health intelligent monitoring system based on real-time》簡稱IOT-HMS)項目中應(yīng)用層軟件設(shè)計部分。
1.1 研究目標(biāo)
①實時檢測被監(jiān)護人的血壓、脈象、溫度、心跳等各項健康指標(biāo)。
�、诶梦锫�(lián)網(wǎng)技術(shù)使用SIM900A模塊的GPRS功能，將被監(jiān)護人各項健康指標(biāo)信息通過打包的方式通過移動數(shù)據(jù)交換中心發(fā)送給PC機。
�、跴C機中設(shè)立數(shù)據(jù)庫包含被監(jiān)護人的姓名、性別、照片、家庭地址、應(yīng)急電話、以往病史以及被監(jiān)護人健康指標(biāo)參數(shù)等字段，當(dāng)被監(jiān)護人健康指標(biāo)出現(xiàn)問題時，PC機通過短信模塊向監(jiān)護人手機發(fā)送預(yù)警短信，實現(xiàn)遠程監(jiān)護
功能。
�、茉O(shè)備上自帶語音模塊，當(dāng)被監(jiān)護人出現(xiàn)嚴重健康狀況時，啟動語音模塊提醒鄰近人進行救助。
1.2 研究內(nèi)容 本系統(tǒng)主要由三部分組成：感知層、傳輸層以及應(yīng)用層。
�、俑兄獙影槐O(jiān)護人健康指標(biāo)檢測模塊以及CPU控制模塊。檢測模塊包括血壓、脈象、溫度、心跳等健康參數(shù)檢測設(shè)備，負責(zé)對被監(jiān)護人進行健康信息采集，向上傳輸至控制模塊;控制模塊是整個裝置的核心，由CPU負責(zé)對傳輸進來的各種信息進行智能分析并做出綜合處理。
�、趥鬏攲影珿PRS服務(wù)器數(shù)據(jù)傳送模塊和預(yù)警短信模塊。GPRS服務(wù)器數(shù)據(jù)傳送模塊將被監(jiān)護人的健康參數(shù)通過打包的方式通過移動數(shù)據(jù)交換中心發(fā)送給PC機;PC機將信息與數(shù)據(jù)庫中的信息進行比對，及時向監(jiān)護人發(fā)送預(yù)警短信。
�、蹜�(yīng)用層主要指PC機上的數(shù)據(jù)庫的建設(shè)。數(shù)據(jù)庫包含被監(jiān)護人的姓名、性別、照片、家庭地址、應(yīng)急電話、以往病史以及被監(jiān)護人健康指標(biāo)參數(shù)等字段，通過信息比對查詢，及時通過傳輸層發(fā)送預(yù)警信息。
2 軟件系統(tǒng)設(shè)計
軟件系統(tǒng)貫穿整個研究設(shè)計過程：從感知層需要運行在STC12C5A60S2平臺中的C程序，到運行在傳輸層和應(yīng)用層的windows軟件程序。
2.1 軟件架構(gòu)設(shè)計理念 軟件系統(tǒng)設(shè)計采用模塊化，各個軟件單獨設(shè)計，再集成。從而利于軟件功能的實現(xiàn)。
2.2 軟件設(shè)計 當(dāng)采集數(shù)據(jù)通過GSM/GPRS系統(tǒng)傳輸?shù)椒⻊?wù)器中開始使用服務(wù)器軟件對數(shù)據(jù)進行處理。整體軟件架構(gòu)思路如圖1。
2.3 軟件處理流程 軟件的數(shù)據(jù)流處理流程如圖2。
2.4 文件處理流程 文件的處理流程如圖3。
2.5 軟件單元模塊
2.5.1 數(shù)據(jù)采集單元 通過運行于STC12C5A60S2單片機平臺中的C程序，實現(xiàn)被采集人的體溫等等健康指標(biāo)的采集，采集數(shù)據(jù)實時通過GSM/GPRS模塊(SIM900B模塊)將數(shù)據(jù)送往服務(wù)器端。
被采集人的個人識別信息通過軟件直接寫入單片機運行程序中。 服務(wù)器端的IP地址通過使用花生殼動態(tài)域名進行解析，從而保證采集器可以實時通過TCP/UDP方式連接到服務(wù)器端。從而實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)椒⻊?wù)器中。
2.5.2 數(shù)據(jù)接收單元 數(shù)據(jù)接收單元運行于服務(wù)器端。將以TCP/DUP方式收到的數(shù)據(jù)以文本文件的方式存儲于服務(wù)器中，便于入庫及掃描單元使用。數(shù)據(jù)接收單元實時運行。實時監(jiān)控TCP/UDP端口的數(shù)據(jù)變化。
2.5.3 線程服務(wù) 線程服務(wù)單元為系統(tǒng)線程管理服務(wù)，通過該單元可以控制系統(tǒng)CPU的使用，控制文件掃描和處理的線程數(shù)量等。該單元保證了既充分利用系統(tǒng)資源的同時也避免了處理瓶頸的出現(xiàn)。
線程服務(wù)單元通過配置文件以供系統(tǒng)組件使用，通過配置文件，可以修改線程池的大小，線程優(yōu)先級，線程的等待隊列大小等等。
線程池的大小決定了處理程序的并發(fā)度，線程優(yōu)先級決定了處理程序獲得CPU執(zhí)行的機會多少，線程的等待隊列可以限制排隊長度，當(dāng)排隊數(shù)量超過指定限制時，向線程服務(wù)單元提交處理任務(wù)將會被阻塞，直到有線程處理完成且排隊數(shù)量減少為止。
2.5.4 日志服務(wù) 為系統(tǒng)提供日志服務(wù)，以便開發(fā)和維護使用�？梢酝ㄟ^該單元控制日志的輸出信息。
2.5.5 定時調(diào)度服務(wù) 該單元為服務(wù)組件，提供定時調(diào)度服務(wù)，其他單元可以利用該單元進行定時任務(wù)的注冊和解除。通常情況下文件的掃描、文件入庫等等任務(wù)都是由相關(guān)組件進行注冊，由定時調(diào)度單元進行適時調(diào)度的。
定時調(diào)度主要是針對需要按時鐘來觸發(fā)的任務(wù)，比如說文件掃描任務(wù)、文件入庫任務(wù)、文件清除任務(wù)等等。
2.5.6 配置管理服務(wù) 為系統(tǒng)各個單元組件提供配置信息。專門設(shè)置配置管理單元，可以更方便的進行系統(tǒng)配置管理。將所有配置文件集中到該單元目錄下，以提供集中的配置管理。當(dāng)然或許可以通過數(shù)據(jù)庫或者其他方式進行配置信息的管理。
2.5.7 文件掃描服務(wù) 當(dāng)數(shù)據(jù)接收單元接收到數(shù)據(jù)并生成文本文件存于數(shù)據(jù)接收目錄中時，本組件可以方便的進行文件掃描控制，并可以按各種條件過濾文件：比如按修改時間戳過濾，按文件擴展名過濾。同時該單元會記錄已經(jīng)處理過的文件，以保證不會被重復(fù)處理。該單元同時提供多種文件源掃描，比如FTP、本地文件等。
2.5.8 標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)護數(shù)據(jù)計算服務(wù) 以IOT-HMS所輸出的數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，在此單元中實現(xiàn)計算和輸出，輸出數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫中。該單元同時控制數(shù)據(jù)的輸出格式，包括定時、定性數(shù)據(jù)輸出。該模塊具備可編輯性，能夠定制特定的數(shù)據(jù)輸出格式。
2.5.9 文件入庫單元 本單元對應(yīng)文件處理流程中將掃描單元標(biāo)記的文本文件打開，讀取，處理后將數(shù)據(jù)直接送入SQL SERVER2008數(shù)據(jù)庫中。
數(shù)據(jù)的入庫將采用即時的入庫方式，從而保障數(shù)據(jù)查詢的及時性。當(dāng)然入庫等過程需要周期，延遲當(dāng)控制在2分鐘以內(nèi)。所以入庫的數(shù)據(jù)將使用100行或者10行等不同的數(shù)量同時入庫的方式。
2.5.10 文件清除單元 根據(jù)掃描單元的標(biāo)記和入庫單元的入庫標(biāo)記，將已經(jīng)入庫的文件清除，從而還系統(tǒng)簡潔明快。
2.5.11 SQL SERVER數(shù)據(jù)庫檢查單元 數(shù)據(jù)庫檢查單元負責(zé)檢查當(dāng)前數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)是否適應(yīng)于IOT-HMS的輸出，如果不適用，則會生成修改數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)的腳本或者建表腳本。這樣的檢查可以簡化數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)升級，并減少因增減數(shù)據(jù)字段導(dǎo)致的系統(tǒng)不兼容。
該模塊的產(chǎn)生是應(yīng)對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫運行是否穩(wěn)定。以及預(yù)防認為的在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中增加非法表格和字段，造成系統(tǒng)空間浪費和數(shù)據(jù)錯誤的發(fā)生。一旦檢查發(fā)現(xiàn)錯誤，會進行及時修復(fù)，保障系統(tǒng)的干凈、高效。
2.5.12 自定義監(jiān)護數(shù)據(jù)管理單元 可以自定義IOT-HMS系統(tǒng)的監(jiān)控指標(biāo)。按照用戶需求進行定義。
3 總結(jié)
軟件系統(tǒng)設(shè)計采用模塊化、插件化、標(biāo)準(zhǔn)化的各個子系統(tǒng)設(shè)計。所有子系統(tǒng)按照平臺需求采用不同的軟件平臺開發(fā)。
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