基于物联网、云计算和大数据分析的智能可穿戴设备健康
安全系统
技术领域
背景技术
[0002] 智能可穿戴设备是应用现有的高科技技术对日常穿戴进行智能化设计、开发出可以穿戴的设备的总称，如谷歌眼镜、小米手环、苹果智能
手表等等。现有的智能可穿戴设备往往只专注于某一类应用功能，需要和其它设备如智能手机配合使用，如各类进行体征监测的智能手环、智能首饰等。随着技术的进步以及用户需求的变迁，可穿戴式智能设备的形态与应用热点也在不断的变化。
[0003] 穿戴式技术在国际计算机学术界和工业界一直都备受关注，只不过由于造价成本高和技术复杂，很多相关设备仅仅停留在概念领域。随着移动互联网的发展、技术进步和高性能低功耗处理芯片的推出等，部分穿戴式设备已经从概念化走向商用化，新式穿戴式设备不断传出，谷歌、苹果、微软、小米、360等诸多科技公司都开始在这个全新的领域深入探索。
[0004] 物联网是新一代信息技术的重要组成部分，物联网就是物物相连的互联网。物联网通过智能
感知、
传感器识别技术等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中。基于物联网技术的可穿戴设备是未来可穿戴设备发展的趋势，比如360儿童手环就具有通过
定位、安全预警和通话连接三个功能，保障了儿童外出安全。360儿童手环是一款典型的基于物联网技术的智能可穿戴设备。
[0005] 大数据与云计算的关系就像一枚硬币的正
反面一样密不可分，大数据必然无法用单台的计算机进行处理，必须采用分布式架构。它的特色在于对海量数据进行分布式
数据挖掘，但它必须依托云计算的分布式处理、分布式
数据库和云存储、虚拟化技术。
[0006] 采用大数据分析的智能可穿戴设备是未来的发展趋势，基于历史数据分析，人们在穿戴智能可穿戴设备的过程中实现数据的收集，远端云
服务器通过一段时间数据的收集分析完全可以对一个人的健康状况给出提示，远端服务器通过对多个人的健康数据分析可以得出各个年龄段人的健康指标参照数据，通过GPS定位功能加上长期大量人群数据分析，可以给出各个地区人的健康状况数据，这样也便于政府做医疗健康统计分析。
[0007] 儿童和老人是社会的弱势群体，需要全社会个关爱和保护，基于物联网的可穿戴设备可以及时了解他们的
健康状态以及目前所处的
位置，当出现意外时能够及时通知监护人或进行报警，从而保证被监护人能够得到及时有效的救援。
[0008] 基于物联网、云计算和大数据综合分析，能够实时进行健康数据分析、实时监测被监护人的安全状况的智能可穿戴设备目前尚未出现。
发明内容
[0009] 本发明的目的在于提供提供一个基于物联网、云计算和大数据分析的智能可穿戴设备健康安全系统，能够实现被监护人健康状况的实时监测、人身安全的实时监测，一旦被监护人发生人身安全意外，可以及时通知监护人从而保证被监护人能够得到及时有效的救援；通过数据分析一旦发现被监护人的健康状况存在异常可以第一时间提醒。
[0010] 为了实现以上目的，本发明的技术方案如下：基于物联网、云计算和大数据分析的智能可穿戴设备健康安全系统，包括云服务器、监护人智能手机、可穿戴设备终端；
[0011] 所述的可穿戴设备终端包括无线通信单元、
存储器单元、显示单元、
控制器单元、GPS定位单元、
蓄电池单元；第一
压力传感器、第二
压力传感器、心率传感器、光照传感器、一
氧化
碳传感器、体温传感器、
陀螺仪传感器；线
加速度传感器、第一
超声波传感器、第二
超声波传感器、震动器；
[0012] 所述的存储器单元、显示单元、GPS定位单元分别与控制器单元电连接；
[0013] 所述的控制器单元通过无线通信单元与云服务器通信；
[0014] 所述的
蓄电池单元为各个模
块单元供电；
[0015] 所述的蓄电池单元包括第一蓄电池单元、第二蓄电池单元、第一AD单元、第二AD单元、第一
开关单元和第二开关单元；
[0016] 第一蓄电池单元通过第一开关单元为各个模块单元供电；
[0017] 第二蓄电池单元通过第二开关单元为各个模块单元供电；
[0018] 第一开关单元的控制端和第二开关单元的控制端分别连接控制器单元的IO控制端口；
[0019] 第一AD单元检测第一蓄电池单元的
输出电压并且将检测数据输入到控制器单元；
[0020] 第二AD单元检测第二蓄电池单元的输出电压并且将检测数据输入到控制器单元；
[0021] 控制器单元控制第一开关单元首先让第一蓄电池单元给各个模块单元供电，如果第一AD单元检测的数值低于
阈值，则控制器单元控制断开第一开关单元，闭合第二开关单元让第二蓄电池单元给各个模块单元供电，否则仍然由第一蓄电池单元为各个模块单元供电；
[0022] 所述的第一压力传感器、第二压力传感器、心率传感器、光照传感器、
一氧化碳传感器、体温传感器、陀螺仪传感器分别与控制器单元电连接；
[0023] 所述的第一压力传感器设置于左脚
鞋子的底部，第二压力传感器设置于右脚鞋子的底部，心率传感器设置于
手腕处、陀螺仪传感器设置于
鞋底处，体温传感器设置于内衣的内表面，光照传感器、一氧化碳传感器设置于外衣的外表面；
[0024] 如果氧气传感器检测到的数值低于正常的浓度数值，并且控制器单元的
定时器计时超过2小时，则控制器单元与云服务器通信，然后云服务器将氧气浓度过低的情况发送给监护人智能手机，同时控制器单元控制显示单元显示氧气浓度过低的情况并且控制器单元控制震动器开始震动；否则，控制器单元不执行以上操作；
[0025] 当陀螺仪传感器检测到被监护人一直处于运动状态时，如果
湿度传感器或者粉尘颗粒传感器检测到的数值高于正常数值，则控制器单元与云服务器通信，然后云服务器将空气湿度超标或者粉尘颗粒超标不适合外出运动的情况发送给监护人智能手机；否则，控制器单元不执行以上操作；
[0026] 线加速度传感器和第二
超声波传感器设置于被监护人的胸部，第一超声波传感器设置于
鞋头部，震动器设置于手腕处；
[0027] 第一超声波传感器用于检测路面的障碍物，当陀螺仪传感器检测到被监护人由静止状态变为运动状态时，此时障碍物距离被监护人的距离设为h1米；
[0028] 第二超声波传感器用于检测空中的障碍物，当陀螺仪传感器检测到被监护人由静止状态变为运动状态时，此时障碍物距离被监护人的距离设为h2米；
[0029] 当陀螺仪传感器检测到被监护人由静止状态变为运动状态时，根据线加速度传感器检测到被监护人行走的加速度，然后开始计算被监护人的行走距离即由静止状态变为运动状态共行走的实时距离，设为X米；
[0030] 如果h1-X≤3或者h2-X≤3，则控制器单元控制震动器开始震动，否则震动器不震动；
[0031] 当一氧化碳传感器检测到的浓度大于正常浓度数值时，控制器单元与云服务器通信，然后云服务器将浓度超标的情况发送给监护人智能手机，同时控制器单元控制显示单元显示浓度超标的情况；
[0032] 当体温传感器检测到的数值大于正常体温数值时，控制器单元与云服务器通信，然后云服务器将被监护人体温异常的情况发送给监护人智能手机，同时控制器单元控制显示单元显示体温异常的情况；
[0033] 当陀螺仪传感器检测到被监护人由运动状态变为静止状态时，控制器单元就控制存储器单元存储此时第一压力传感器、第二压力传感器检测到的数值，然后控制器单元从存储器单元读取100个第一压力传感器数值和100个第二压力传感器数值，所有数值相加除以100，记为被监护人的体重G；
[0034] 以上存储器单元存储的数值以及被监护人的体重G也保存在云服务器上，当云服务器计算过去10天被监护人的体重G一直递减，这时云服务器会向监护人智能手机发送被监护人体重逐渐变轻的提示信息；
[0035] 当陀螺仪传感器检测到被监护人处于静止状态，并且控制器单元的定时器计时3秒钟，第一压力传感器检测到的数值都小于等于G，但是第二压力传感器检测到的数值至少有3次大于2*G时；3秒钟之后，控制器单元的定时器再计时3秒钟，第二压力传感器检测到的数值都小于等于G，但是第一压力传感器检测到的数值至少有3次大于2*G时，这时控制器单元通过无线通信单元向云服务器发送被监护人处于人为意外危险状况和被监护人的具体位置，然后云服务器向监护人智能手机发送被监护人处于人为意外危险状态的通知和被监护人的具体位置；
[0036] 当陀螺仪传感器检测到被监护人处于静止状态，并且控制器单元的定时器计时80秒钟，心率传感器检测到的数值小于20但是80秒钟之后心率传感器大于平时的心率，这时控制器单元通过无线通信单元向云服务器发送被监护人处于人为意外危险状况和被监护人的具体位置，然后云服务器向监护人智能手机发送被监护人处于人为意外危险状态的通知和被监护人具体的位置；
[0037] 当陀螺仪传感器检测到被监护人处于静止状态，并且控制器单元的定时器计时3分钟钟，心率传感器检测到的数值明显高于或者低于平时的心率，这时控制器单元通过无线通信单元向云服务器发送被监护人处于非人为意外危险状况和被监护人的具体位置，然后云服务器向监护人智能手机发送被监护人处于非人为意外危险状态的通知和被监护人的具体位置。
[0038] 进一步，所述的云服务器采用阿里云服务器。
[0039] 进一步，所述的监护人智能手机采用iPhone6s。
[0040] 进一步，明显的高于或者低于平时的心率是指高于或者低于平时心率的20％。
[0041] 与
现有技术方案相比，本发明的有益效果：第一，基于物联网、云计算和大数据分析的智能可穿戴设备健康安全系统，通过数据分析一旦发现被监护人的健康状况存在异常可以第一时间提醒，比如过去10天体重一直减轻可以及时提醒监护人；第二，能够实现被监护人人身安全的实时监测，一旦被监护人被绑架，可以及时通知监护人从而保证被监护人能够得到及时有效的救援，方法1，当被监护人被绑架时，由于被监护人无法打电话也不能说话，由于平时被监护人无论是跑步还是静止不动或者散步，第一压力传感器和第二压力传感器检测到的数值几乎是0.5*G，而不会大于G，通过这样暗语的方式，这时候被监护人左脚不动，右脚在3秒钟连续至少3次跺地面，这时候右脚下面的第二压力传感器检测到的数值会明显大于2*G时，而左脚下面的第一压力传感器检测到的数值会小于等于G，这其实是一种暗语，通过这种方式被监护人可以很容易的告诉监护人自己被绑架了。方法2，当被监护人被绑架时候，可以通过屏住呼吸告知被监护人，由于屏住呼吸心率肯定会低于20，但是当被监护人不再屏住呼吸时由于处于惊吓状态心率肯定会高于平时的心率，所以通过检测心率可以判断被监护人是否被绑架，这也是一种暗语表达的方式；第三，一旦被监护人出现昏阙，可以第一时间通知监护人。
[0042] 第四，通过线加速度传感器、第一超声波传感器、第二超声波传感器、震动器和结合，一旦发现前方路面或者空中有障碍物就开始实时计算障碍物距离被监护人的距离，由于采用了实时距离计算可以准确判断障碍物距离被监护人的距离值，一旦距离值≤3米，就开始通过震动器报警；提醒被监护人前方有障碍物，本发明的障碍物提醒功能更加适合夜间行走或者视力不好的人群使用。
附图说明
[0043] 图1是本发明的原理方框示意图。
[0044] 图2是本发明障碍物检测原理方框
流程图。
[0045] 图3是本发明中是否适合外出运动原理检测示意图。
[0046] 图4是本发明中蓄电池单元的原理方框示意图。
具体实施方式
[0047] 下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0048] 针对陀螺仪传感器检测人的运动状态，比如是处于静止状态，还是运动状态，是处于散步状态，还是慢跑状态，还是摔倒状态，这些都可以通过
软件结合陀螺仪传感器实现，都属于现有公知的技术，在此不详细描述。
[0049]
实施例：基于物联网、云计算和大数据分析的智能可穿戴设备健康安全系统，包括云服务器、监护人智能手机、可穿戴设备终端；可穿戴设备终端包括无线通信单元、存储器单元、显示单元、控制器单元、GPS定位单元、蓄电池单元；第一压力传感器、第二压力传感器、心率传感器、光照传感器、一氧化碳传感器、体温传感器、陀螺仪传感器；线加速度传感器、第一超声波传感器、第二超声波传感器、震动器；存储器单元、显示单元、GPS定位单元分别与控制器单元电连接；控制器单元通过无线通信单元与云服务器通信；蓄电池单元为各个模块单元供电；
[0050] 所述的蓄电池单元包括第一蓄电池单元、第二蓄电池单元、第一AD单元、第二AD单元、第一开关单元和第二开关单元；
[0051] 第一蓄电池单元通过第一开关单元为各个模块单元供电；
[0052] 第二蓄电池单元通过第二开关单元为各个模块单元供电；
[0053] 第一开关单元的控制端和第二开关单元的控制端分别连接控制器单元的IO控制端口；
[0054] 第一AD单元检测第一蓄电池单元的输出电压并且将检测数据输入到控制器单元；
[0055] 第二AD单元检测第二蓄电池单元的输出电压并且将检测数据输入到控制器单元；
[0056] 控制器单元控制第一开关单元首先让第一蓄电池单元给各个模块单元供电，如果第一AD单元检测的数值低于阈值，则控制器单元控制断开第一开关单元，闭合第二开关单元让第二蓄电池单元给各个模块单元供电，否则仍然由第一蓄电池单元为各个模块单元供电；
[0057] 第一压力传感器、第二压力传感器、心率传感器、光照传感器、一氧化碳传感器、体温传感器、陀螺仪传感器分别与控制器单元电连接；第一压力传感器设置于左脚鞋子的底部，第二压力传感器设置于右脚鞋子的底部，心率传感器设置于手腕处、陀螺仪传感器设置于鞋底处，体温传感器设置于内衣的内表面，光照传感器、一氧化碳传感器设置于外衣的外表面；
[0058] 如果氧气传感器检测到的数值低于正常的浓度数值，并且控制器单元的定时器计时超过2小时，则控制器单元与云服务器通信，然后云服务器将氧气浓度过低的情况发送给监护人智能手机，同时控制器单元控制显示单元显示氧气浓度过低的情况并且控制器单元控制震动器开始震动；否则，控制器单元不执行以上操作；
[0059] 当陀螺仪传感器检测到被监护人一直处于运动状态时，如果湿度传感器或者粉尘颗粒传感器检测到的数值高于正常数值，则控制器单元与云服务器通信，然后云服务器将空气湿度超标或者粉尘颗粒超标不适合外出运动的情况发送给监护人智能手机；否则，控制器单元不执行以上操作；
[0060] 氧气浓度正常的浓度数值、粉尘颗粒浓度正常数值、空气湿度正常数值都以当地气象部
门报道的数值为参考数值。
[0061] 线加速度传感器和第二超声波传感器设置于被监护人的胸部，第一超声波传感器设置于鞋头部，震动器设置于手腕处；
[0062] 第一超声波传感器用于检测路面的障碍物，当陀螺仪传感器检测到被监护人由静止状态变为运动状态时，此时障碍物距离被监护人的距离设为h1米；
[0063] 第二超声波传感器用于检测空中的障碍物，当陀螺仪传感器检测到被监护人由静止状态变为运动状态时，此时障碍物距离被监护人的距离设为h2米；
[0064] 当陀螺仪传感器检测到被监护人由静止状态变为运动状态时，根据线加速度传感器检测到被监护人行走的加速度，然后开始计算被监护人的行走距离即由静止状态变为运动状态共行走的实时距离，设为X米；
[0065] 如果h1-X≤3或者h2-X≤3，则控制器单元控制震动器开始震动，否则震动器不震动；
[0066] 当一氧化碳传感器检测到的浓度大于正常浓度数值时，控制器单元与云服务器通信，然后云服务器将浓度超标的情况发送给监护人智能手机，同时控制器单元控制显示单元显示浓度超标的情况；
[0067] 当体温传感器检测到的数值大于正常体温数值时，控制器单元与云服务器通信，然后云服务器将被监护人体温异常的情况发送给监护人智能手机，同时控制器单元控制显示单元显示体温异常的情况；
[0068] 当陀螺仪传感器检测到被监护人由运动状态变为静止状态时，控制器单元就控制存储器单元存储此时第一压力传感器、第二压力传感器检测到的数值，然后控制器单元从存储器单元读取100个第一压力传感器数值和100个第二压力传感器数值，所有数值相加除以100，记为被监护人的体重G；
[0069] 以上存储器单元存储的数值以及被监护人的体重G也保存在云服务器上，当云服务器计算过去10天被监护人的体重G一直递减，这时云服务器会向监护人智能手机发送被监护人体重逐渐变轻的提示信息；
[0070] 当陀螺仪传感器检测到被监护人处于静止状态，并且控制器单元的定时器计时3秒钟，第一压力传感器检测到的数值都小于等于G，但是第二压力传感器检测到的数值至少有3次大于2*G时；3秒钟之后，控制器单元的定时器再计时3秒钟，第二压力传感器检测到的数值都小于等于G，但是第一压力传感器检测到的数值至少有3次大于2*G时，这时控制器单元通过无线通信单元向云服务器发送被监护人处于人为意外危险状况和被监护人的具体位置，然后云服务器向监护人智能手机发送被监护人处于人为意外危险状态的通知和被监护人的具体位置；
[0071] 当陀螺仪传感器检测到被监护人处于静止状态，并且控制器单元的定时器计时80秒钟，心率传感器检测到的数值小于20但是80秒钟之后心率传感器大于平时的心率，这时控制器单元通过无线通信单元向云服务器发送被监护人处于人为意外危险状况和被监护人的具体位置，然后云服务器向监护人智能手机发送被监护人处于人为意外危险状态的通知和被监护人具体的位置；
[0072] 当陀螺仪传感器检测到被监护人处于静止状态，并且控制器单元的定时器计时3分钟钟，心率传感器检测到的数值明显高于或者低于平时的心率，这时控制器单元通过无线通信单元向云服务器发送被监护人处于非人为意外危险状况和被监护人的具体位置，然后云服务器向监护人智能手机发送被监护人处于非人为意外危险状态的通知和被监护人的具体位置。
[0073] 其中，所述的云服务器采用阿里云服务器；监护人智能手机采用iPhone6s。
[0074] 下面对本发明的工作原理详细说明：
[0075] 首先，当陀螺仪传感器检测到被监护人处于静止状态，并且控制器单元的定时器计时3秒钟，第一压力传感器检测到的数值都小于等于G，但是第二压力传感器检测到的数值至少有3次大于2*G时；3秒钟之后，控制器单元的定时器再计时3秒钟，第二压力传感器检测到的数值都小于等于G，但是第一压力传感器检测到的数值至少有3次大于2*G时，这时控制器单元通过无线通信单元向云服务器发送被监护人处于人为意外危险状况和被监护人的具体位置，然后云服务器向监护人智能手机发送被监护人处于人为意外危险状态的通知和被监护人的具体位置；
[0076] 以上是当被监护人被绑架时，由于被监护人无法打电话也不能说话，由于平时被监护人无论是跑步还是静止不动或者散步，第一压力传感器和第二压力传感器检测到的数值几乎是0.5*G，通过这样暗语的方式，这时候被监护人左脚不动，右脚在3秒钟连续至少3次跺地面，这时候右脚下面的第二压力传感器检测到的数值会明显大于2*G时，而左脚下面的第一压力传感器检测到的数值会小于等于G，然后右脚不动，左脚至少3次跺地面，并且3秒钟完成，这其实是一种暗语，通过这种方式被监护人可以很容易的告诉监护人自己被绑架了。
[0077] 当陀螺仪传感器检测到被监护人处于静止状态，并且控制器单元的定时器计时80秒钟，心率传感器检测到的数值小于20但是80秒钟之后心率传感器大于平时的心率(平时的心率采用24小时内心率的平均值)，这时控制器单元通过无线通信单元向云服务器发送被监护人处于人为意外危险状况和被监护人的具体位置，然后云服务器向监护人智能手机发送被监护人处于人为意外危险状态的通知和被监护人具体的位置。
[0078] 以上也是当被监护人被绑架时候，可以通过屏住呼吸告知被监护人，由于屏住呼吸心率肯定会低于20，但是当被监护人不再屏住呼吸时由于处于惊吓状态心率肯定会高于平时的心率。
[0079] 下面说明本发明如何实现被监护人健康状况检测：
[0080] 当陀螺仪传感器检测到被监护人由运动状态变为静止状态时，控制器单元就控制存储器单元存储此时第一压力传感器、第二压力传感器检测到的数值，每间隔24小时，控制器单元从存储器单元读取100个第一压力传感器数值和100个第二压力传感器数值，所有数值相加除以100，记为被监护人的体重G；
[0081] 以上陀螺仪传感器检测到被监护人由运动状态变为静止状态时，这时候第一压力传感器和第二压力传感器检测到的数值之和也就接近人体的体重，为了更准确的计算人体的体重G，采取多个数值相加取平均值的方式。
[0082] 当陀螺仪传感器检测到被监护人处于静止状态，并且控制器单元的定时器计时3分钟钟，心率传感器检测到的数值明显高于或者低于平时的心率(一般是昏阙)，这时控制器单元通过无线通信单元向云服务器发送被监护人处于非人为意外危险状况和被监护人的具体位置，然后云服务器向监护人智能手机发送被监护人处于非人为意外危险状态的通知和被监护人的具体位置。
[0083] 明显的高于或者低于平时的心率是指高于或者低于平时心率的20％。
[0084] 以上情况一般都是被监护人处于昏阙状态才会出现心率数值明显高于或者低于平时的心率，并且持续时间较久。
