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生理信号智能服装系统的设计研究

发表时间：2021/4/7 来源：《青少年导刊》2021年2月作者：孙宁

[导读] 心血管疾病是严重影响我国居民健康的一大杀手，我国心血管疾病的患病率、死亡率仍然在逐年上升。为了更好地进行家庭心率、血压监测，结合智能可穿戴设备的标准完成一款生理信号智能服装系统的设计研究，为用户提供日常健康状况监测，节约资源。

辽宁大连工业大学孙宁 116034

摘要：心血管疾病是严重影响我国居民健康的一大杀手，我国心血管疾病的患病率、死亡率仍然在逐年上升。为了更好地进行家庭心率、血压监测，结合智能可穿戴设备的标准完成一款生理信号智能服装系统的设计研究，为用户提供日常健康状况监测，节约资源。
关键词：可穿戴产品;智能服装系统;生理信号监测;
        近年来，随着人们生活水平的提高，饮食结构和生活作息的改变，心血管疾病患病率逐年上升，严重影响着全球人类的健康，其防控需要从提高知晓率、治疗率着手。
        1.可穿戴产品设计标准
        智能服装属于可穿戴产品门类，我国在2018年分别发布了关于可穿戴产品的数据规范、分类和服务框架的标准，并从2019年开始实施，可穿戴智能监测产品需要按照标准进行设计。
        智能可穿戴设备一般由可穿戴产品、二次终端和服务端三部分组成。各个部分包括数据资源、软件和接口三个功能组件。可穿戴产品作为应用服务的主体，用于采集原始数据、对数据进行预处理并将处理后的数据进行人机交互；二次终端通常是智能终端或微型计算机，用于辅助可穿戴产品应用服务的实现、补充可穿戴产品的性能、增强存储和统计能力；服务端是一种远程服务，用于分发和管理应用软件，功能与二次终端类似，存在的形式有所不同，实现后的操作通常有更强的可视化效果、更流畅的交互体验。
        整个生理信号监测过程中，安全和隐私贯穿整个可穿戴产品的整体之中，数字时代主要针对信息安全和隐私保护两个层面进行构建。信息安全主要从网络安全、主机安全、应用安全和数据安全四个方面来实现覆盖硬件和软件的安全保护，保证智能服装的安全性；隐私保护主要是与用户数据的使用应该以不暴露用户敏感信息为前提，例如位置隐私、标志符匿名保护和连接关系匿名保护等。
        2.智能服装设计要点及原则
        相比于普通服装，智能服装在实现保暖、蔽体、装饰之外功的能时，应该注意以下几个设计要点：首先，确保穿戴设备的安全性能，硬件、电路等的加入不会对穿戴者产生生命和健康的威胁，各类元素加入贴紧皮肤的服装也需符合服装生产的统一标准，对健康有影响的微量元素不能超标。其次，智能服装应用有一定的数据标准，国家现有相关标准GB/T 37035—2018《可穿戴产品分类与标识》，根据可穿戴产品应用领域分类，健身健康类可穿戴产品应获取体征数据，相比于医疗保健设备，对数据的精确性、可靠性需求低，医疗保健类设备要求数据达到医疗水准，可做诊疗判断证据。
智能服装设计的目的是满足用户多方面的需求，在功能完善的过程中，应遵循以下原则：
        (1）用户中心原则。智能服装设计的目的即为穿戴者提供一定的便利或提供一系列的信息，应该以用户为中心去设计。其设计需要考虑用户可能存在的各种场景，满足用户穿着服装时的需求；注重人性化设计，充分了解用户使用产品的情感感受，根据用户的年龄等特征，所选用的面料也有相应的不同；保证功能实现的前提下，尽量减少硬件模块所带来的不适应感，包括身体和心理双重方面的感觉，设计围绕用户为中心，为用户需求提供解决方案。
        (2）舒适性原则。

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电子器件在服装上的嵌入方式和接触方式应该能被用户所接受，尺寸大小和异物感的强烈与否都应该采取一定手段保证一定适当范围；服装本身的材料符合穿着的时段；材料的一些物理性能除了达到承载轻微重力的嵌入物品之外，还应该有日常服装同等的舒适性要求。
        (3）功能性原则。利用飞速发展的传感器技术、无线通信技术最大程度地完善服装的功能，为用户的生活提供更大程度上的辅助；功能贴近用户的生活，实现价值最大化，保证市场的面向有功能针对性。
        (4）安全性原则。无论是嵌入何种材料使衣服达到何种功能，都应该保证服装的穿着过程中没有安全隐患的存在。
        3.需求分析
        心血管疾病患病的可能性会随年龄的增长而增长，在疾病的发现和治疗过程中，都需要对血压和心率进行有规律或长期的监测，结合以上，生理信号监测智能服装的需求分析如下：
        (1）为捕获心血管疾病隐蔽的病症，系统需实现较长时间连续监测，智能算法的准确度不会随时间的推移而下降，数据精准。
        (2）系统长时间使用的情况下，保证信号监测智能服装系统的整体功耗不高，所产生的电流不会对人体产生危险，能源消耗较低。
        (3）智能服装穿着舒适，不影响日常简单活动，不使用户有心理负荷间接影响监测结果，操作简便，适用群体广泛。
        (4）客户端采集到的数据能够供用户实时查看，日常监测以提高心血管疾病的知晓率和控制率，数据能通过客户端发送至医疗机构进行远程诊疗，提高诊断的效率、节约公共资源。
        4.智能服装整体的系统设计
        参照可穿戴应用服务框架，本文所研究设计的可穿戴产品为运动短袖，通过加载信号传感器进行信号的获取，保证数据准确检测的前提下将检测模块放置于服装适合的监测点上，传感器对获取的信号做预处理，并通过硬件设备接口将数据传输至二次终端；信号在获取的过程中受到外界因素干扰会产生一定的噪音，二次终端对传感器通过硬件接口接受服装检测到的信号进行接下来的处理，作为整个数据处理的核心大脑，对数据进行去噪、完成心率和血压的计算，处理后数据，通过低功耗蓝牙设备，与服务端通过无线接口进行通信；服务端则为专门设计的手机客户端，能够实现与二次终端的信息交互，接收和显示二次终端计算结果，记录和保存用户的历史监测数据；不获取用户的隐私信息作为数据基础，保护个人隐私，当断电后数据安全，不会丢失，恢复供电后可正常运行，且供电正常后，数据能自动完成恢复工作。
        5.小结
        本文以智能服装设计准则为基础完成了生理信号监测的智能服装系统设计，其模式为外部硬件嵌入服装进行信号检测和计算，再通过手机客户端完成数据显示和分享等功能，具有一定的学术、市场应用价值。
参考文献
[1]王珊珊,王银,刘素琼,等.影响服装合体性倾向的社会心理因素[J].纺织导报,2019(11):78-80.
[2]顾伟,侯成义,张青红,等.智能服装的现状及其发展趋势[J].东华大学学报(自然科学版),2019,45(6):837-843.
孙宁女 1999.06.26大连工业大学，服装设计学院