一种智能型健康物联网家庭网关的设计

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心血管疾病已成为中国城乡居民的最主要疾病死因,其中很大一部分是由于独居老人无人照看,突发疾病时无法得到及时救治而造成的。远程健康监护系统可为老人提供生理参数及其他信息的实时监护和提前预警服务,一定程度上能够缓解上述问题,并降低医院的接诊压力。  在老人家庭远程监护系统中,智能家庭网关用于连接采集生理参数的体域网和互联网,提供数据远程传输、健康预警等服务。但目前的研究及市面上的产品存在无法24小时全天候监护、用户交互困难以及数据存储与传输占用大量系统资源等缺陷。针对这些缺陷,本文设计了一种基于ARM处理器和嵌入式Android操作系统的智能家庭网关,该网关能够通过蓝牙模块实时接收来自穿戴式智慧衣的信号,经过数据处理、压缩与存储后,可通过Internet网定时将数据文件发送至健康监护服务器。论文详细描述了智能家庭网关的系统架构及软硬件设计,并对各功能模块进行了测试,本文的具体研究内容如下:  1、家庭网关需求分析与总体设计。根据老人家庭健康监护系统的结构,对家庭网关进行需求分析,提出了家庭网关的总体设计方案。  2、家庭网关硬件设计。选取Samsung Exynos4412四核处理器作为核心处理单元,外围拓展Wi-Fi、蓝牙、宽带接口、TF卡槽、HDMI与红外接口、音频模块及电源模块等,设计电路板并制作样机。  3、家庭网关软件设计。首先,在网关样机上移植嵌入式Android操作系统。然后,针对家庭网关的功能需求,基于Android平台开发应用软件APP。最后,针对大量数据存储与传输问题,采用基于降采样和离散余弦变换的心电压缩方法对心电数据进行压缩。  4、家庭网关系统测试。测试分为家庭网关功能测试及心电压缩算法评估,本文首先在实验室搭建了家庭网关的测试环境,对网关各个功能模块进行了测试。随后,使用MIT-BIH心律失常数据库的心电数据对数据压缩算法进行了测试与评估。  测试结果显示,网关能够实现对三导联心电信号及运动加速度信号的实时采集、存储与传输;数据压缩算法的平均压缩比能够达到12倍以上,重建信号的失真率可控制在1.29%左右,时效性好,能够应用于家庭网关的实时存储过程。家庭网关操作简单,可拓展性强,满足老人家庭远程健康监护的基本需求。
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