ECharts人体体质数据可视化监测系统设计

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计算机与网络ECharts人体体质数据可视化监测系统设计刘海晨，成丹，胡海龙，季晓坤，唐妍，魏熹龙，苏雅琳，夏秀龙（天津职业技术师范大学电子工程学院，天津300222）摘要：为了有效助力疫情防控工作，解决传统隔离点运行模式的测温风险大、数据汇总不便和人力成本消耗大等方面的问题，以ECharts数据可视化技术为核心，结合人工智能物联网、红外测温和数据挖掘等技术,设计了一个功能完备的人体体质数据可视化监测系统，具备身份识别、体温、心电和血氧检测、数据上报、物资采购等功能，并配备一站式管理平台，支持房间分配，可对用户的身份信息和身体状况进行数据汇总，支持数据可视化实时监测分析。系统主要应用于社区、医院和隔离点等场所，帮助管理人员更加快速、安全地检测隔离人员各项身体数据，进行数据存储和可视化处理，使数据更加一目了然。关键词：数据可视化；人工智能物联网；人体体质数据；身份识别；一站式管理平台；实时监测中图分类号：TN98文献标志码：A文章编号：1008-1739（2023）09-58-5LIUHaichen,CHENGDan,HUHailong,JIXiaokun,TANGYan,WEIXilong,SUYalin,XIAXiulong(SchoolofElectronicEngineering,TianjinUniversityofTechnologyandEducation,Tianjin300222,China)Inordertoeffectivelyhelptheepidemicpreventionandcontrolworkandsolvetheproblemsofhightemperaturemeasurementrisk,inconvenientdatacollectionandlargelaborcostconsumptionintheoperationmodeoftraditionalisolationpoints,afullyfunctionalhumanphysiquedatavisualizationmonitoringsystemwasdesignedwithEChartsdatavisualizationtechnologyasthecore,combinedwithAIInternetofThings,hefunctionsofperformingidentification,bodytemperature,ECGandbloodoxygendetection,datareporting,materialprocurementandsoon,andisequippedwithaone-stopmanagementplatformtosupportroomallocation,whichcansummarizetheidentityinformationandphysicalconditionsofusers,temismainlyusedincommunities,hospitals,isolationpointsandotherplacestohelpmanagersdetectvariousphysicaldataofisolatedpeoplemorequicklyandsafely,sualization;AIoT;humanphysiquedata;identification;one-stopmanagementplatform;real-timemonitoring0引言2020年新型冠状疫情爆发以来，COVID-19新型冠状病毒不断变异，病毒传播途径广泛，新冠疫情防控已变成常态化。为杜绝交叉感染，我国采取的最主要应对方式是隔离，其标志性事件是2020年1月23日武汉宣布“封城”。体温是反映人体受感染状况的重要指标，存在异常时，相关部门会对疑似病人采取隔离观察措施，即根据新型冠状病毒1～14d的潜伏期，进行14d的隔离。传统隔离点的运行模式不能满足快速变化的疫情防控要求，弊端逐渐凸显。没有新技术来确保防疫的可收稿日期：2023-01-12基金项目：国家级大学生创新创业计划训练项目（2）,教育部产学合作协同育人项目（2）靠性和减少人力成本等问题。如何优化隔离点的传统管理模式、降低检疫工作中的接触风险成为流行病防控时期亟需解决的难题[1]。隔离点采用的大多是传统的隔离观察模式，使用手持式红外测温枪逐个测量体温后进行登记，测温风险大，易造成交叉感染，检查缺失可能造成安全隐患。各层级流行病防控部门主要问题有以下3点：下级单位数据收集难度大、上级部门汇总数据麻烦、疫情防控部门分析麻烦。目前的防疫系统不能将测温者信息和体温有效、准确、快速地汇总、上报和分析，缺少一站式平台支持。此外，传统物资配送采用社区统一采购模式，物资提供不够便利，信息接收不够及时、耗时长，不能满足个性化需求，易造成人员情绪积压，为防疫工作带来负面影响[2]。58Copyright©博看网. All Rights Reserved.

计算机与网络技术论坛2.2身份识别部分RC522模块通过SPI串口外围接口与单片机进行通信，其速度为10Mb/s，而且还支持I2C和UART协议，模块带有一个中断引脚，工作电压为2.5～3.3V，也可以到5.5V[3]。在本系统中该模块通过串口通信连接控制层，测温登记系统利用RFID-RC522身份识别模块进行身份数据采集工作，待使用者确认身份信息无误后再利用MLX90614红外温度传感器进行温度测量，此时串口语音将测量的温度信息进行播放告知使用者，同时也将获得的数据显示在HMI串口屏便于使用者查阅核对；待身份登记和温度测量工作结束后，以数据包形式通过ESP8266WiFi模块使用TCP/IP协议上传至华为云服务器，云服务器收到数据后，会将数据进行解析后存入数据库，便于App或网站进行数据查询和调取。

1系统总体构成及设计本文设计了一款集无接触测温、医疗人体数据检测、身份识别功能基于一体的新型产品，研究技术路线主要有以下两方面：①外形设计，将监测仪外壳设计成可移动式，使得装置易于移动，方便装置及时调动使用，以及用于各类场景。②控制部分，以单片机为控制核心，分模块设计实现各类功能，并将实现功能所测数据融合在一起上传存储至数据一体化平台（云服务器），主要包括人体数据检测模块、数据显示模块、身份识别模块和WiFi模块。系统组成框图如图1所示，系统硬件实物如图2所示。2.3数据显示部分人体数据检测模块得到的各项数据的电信号，经单片机进行信号的处理转换，输出至HMI串口液晶显示屏进行直观的显示。显示屏上具有智能可触摸按键的设计，在屏幕设置界面，用户可通过报警阈值“＋”按钮设置报警温度，测量温度一图1系统组成框图旦超过设置值将报警，也可通过误差偏移“＋”按钮设置误差补偿（应对设备在不同环境下的适用性）；同时也可通过睡眠时间输入框手动输入睡眠时间（最大支持65535s）；按下月亮图标即可进入睡眠（无操作XXs后进入睡眠，为了保证睡眠时数据不丢失，启用串口数据唤醒功能）；按下太阳图标即可关闭睡眠功能（屏幕常亮）。此外，在隔离点处使用时，系统还具有物资供应功能，用户只需通过屏幕点击想要的药品或生活用品，成功支付后，就会有专门负责配送的工作人员为用户提供服务。图2硬件实物2.4数据无线传输部分通过WiFi无线模块，可将人体测量数据传输至数据统一平台中进行数据存储和进一步的数据分析，数据统一平台可在手机端和电脑端打开，便于用户、管理员以及医护人员随时2硬件电路设计硬件部分主要包括：STM32F103ZET6单片机核心微控制器、人体数据检测模块、身份识别模块、数据显示模块和数据无线传输模块。在手机和电脑端上查看测量数据，并且体温和心电数据会以曲线形式更加直观地显示，使数据的变化一目了然。此外，数据会与数据库中的标准身体体质数据表进行比对，并根据生成的对比结果提出合理化建议。当用户使用系统的物资供应功能时，点击屏幕上所需要的物品，选择数量后，屏幕传输串口数据到单片机主控，进过单片机主控进行数据处理后，将处理后的数据传输到WiFi模块，WiFi模块发送远程命令到云服务器平台，平台发送物资购买成功短信到数据手机端，并安排特定配送人员进行物品配送。2.1人体数据检测部分人体体温测量使用MLX90612红外测温模块，实现人员体温无接触测量的功能。心电测量采用医疗级ADS1292R心电检测模块，可精确地测量人体心电数据。心率血氧测量使用MAX30102心率血氧检测模块，实现测量人体的心率示数和血液中的血氧饱和度（SPO2H）的功能。当检测结束时，语音播报模块及时播报用户所检测的各项数据。59Copyright©博看网. All Rights Reserved.

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计算机与网络身份识别登记的设备，通过识别身上携带的RFID电子标签（校园一卡通、身份证和医保卡等），将读取到的个人信息上传数据库[5]；使用MLX90614红外测温传感器用于非接触式温度测量，由其内部状态机控制物体温度和环境温度的测量和计算，进行温度检测后处理，将结果通过PWM模式输出，单片机主要通过SMBus协议与MLX90614通信，读取其检测的数据。可通过修改发射率来改善它的精度，进行修改并将其存写在MLX90614的EEPROM中。本文系统数据统一平台的数据接收和存储使用ESP8266WiFi模块作为无线数据传输载体，通过自身所具有的特性实现信息的传输。在无线数据传输中主要使用了JSON字符串数据个数和base64数据加密机制。ESP8266是一款具备AP和station双重模式的全双工通信WiFi模块，本文系统利用它的station模式传输处理数据，其主要控制方式如下：①通过单片机利用AT指令控制其信息的传递，其本身自带32位处理器，但由于其本身资源有限，因此仅利用它的WiFi功能。②配置工作模式AT+CWMODE=1，其中“1”代表其工作在station模式。③配置模块连接网络AT+CWJAP="Sever","HLWYY"，Sever代表WiFi名称，22143700代表密码，在这里不使用此种方式进行配置，该模块自带smartconfig功能，利用这一特性，通过局域广播采用App控制其连接网络，这样能够实现随意连接局域网内的网络，方便快捷，作为产品也有较强的适应性。（smartconfig模式是使该模块进入低功耗待机状态，在这一过程，改模块实时监听周边范围内的广播信号，当收到对应格式的名称和密码时，自动连接进入局域网。）④配置模块连接AT+CIPSTART="TCP","114.3软件设计3.1系统程序设计软件开发环境为KEIL5MDK，系统程序编写运用C语言，并通过ST-LINK工具对系统软硬件进行调试。开始时用户使用RFID身份识别模块进行身份识别和登记，当系统成功识别读取用户信息后，用户可以使用系统的一系列服务，当用户使用系统人体数据检测和物资采集功能时，检测过的数据经单片机处理，再将各项数据传输到WiFi模块，实现数据远程传输到云服务器的功能，与云平台进行数据对接，同时经过云服务器数据信息处理后，各项数据以及用户需求信息将上传保存至数据统一平台。系统程序流程如图3所示。116.195.234",99，TCP是工作模式，114.116.195.234是服务器的图3系统程序流程地址，99是端口，这里也可以使用平台的域名作为连接地址。服务器的地址是固定的，因此在程序中可以将地址写为固定的，不需要进行修改。⑤数据交互AT+CIPSEND=61，模块使用该指令发送数据，其中61表示发送数据的字节数，该数值可以根据数据长度进行修改。模块在收到数据后会自动进行解析，通过串口发至单片机。数据传输过程中为了增强本设计的拓展性和适应性，使用了JSON字符串数据格式，改格式的数据具有较强的适应性和拓展性。JSON（JavaScriptObjectNotation，JS对象简谱)是一种轻量级的数据交换格式。采用完全独立于编程语言的文本格式来存储和表示数据。简洁、清晰的层次结构使得JSON成为理想的数据交换语言，易于人阅读和编写，同时也易于机器解析和生成，并有效提升网络传输效率。其格式为3.2数据统一平台数据统一平台的搭建使用华为云Centos系统服务器，系统中所有云应用的运行环境，均使用宝塔Linux面板来部署环境，宝塔Linux面板是提升运维效率的服务器管理软件，支持一键LAMP、LNMP、集群、监控、网站、FTP、数据库和JAVA等100多项服务器管理功能，功能全且足够安全，获得了全球百万用户认可安装。本平台基于PHP语言、ThinkPHP框架、Bootstrap前端框架和ECharts开源可视化库构建出了一套一体化数据管理平台，已实现的功能有：登陆、用户状态、数据检索、数据可视化、受观察人员管理和房间管理页面。温度查询页面使用前后端分离技术，网站中用到的展现数据都是后端通过异步接口AJAX的方式提供的[4]。使用RFID射频器作为60Copyright©博看网. All Rights Reserved.

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{"firstName":"Json"}，一个健值对应一个键名，而且可以进行嵌套，做多层的数据设计，在该设计中其协议格式为：{"type":"YDATA","from":"DEVICE","content":{"signal":"1","oscilloscope":"0","power":"1","socket":"1","lamp":"0","computer":"0"}}。type是类型，from是数据来源，content是内容，内容内部嵌套另一个JSON字符串，分别代表不同的设备，无论添加多少设备都可以依次类推，无需排序，平台和设备端可以键名获取健值，拓展性极强。除此之外，该平台的数据传输使用base64作为数据加密方式，大大提高了数据的安全性，保证数据在传输过程中不被截取破解。数据统一平台管理员后台如图4所示。图5体温数据曲线可视化图6心电数据曲线可视化4ECharts人体体质数据可视化监测系统的应用ECharts人体体质数据可视化监测系统应用物联网技术、图4管理员后台嵌入式技术、Framework架构、、WebSocket通信技术和桌面型Access数据库等技术，实现了无接触测温、RFID身份登记、语音播报、温度报警、数据调取、数据查看和心电显示等功能。本仪器易于安装与维护、成本低廉、扩展性强，同时也便于管理人员和自己对数据分析、提高数据查询效率，可广泛运用于多种场景，主要应用场景为医院、社区和隔离点等场所，本文以隔离点为应用场所，可帮助隔离点的人员每天进行测温以及身体指标示数的检测，并且开通了隔离点处物品供应功能，用户只需从屏幕点击想要的药品或者是生活用品，便会有专门负责在隔离点配送的工作人员为用户提供服务，并且所有的数据都会存储在数据统一平台，便于管理人员进行数据调取和查看。数据统一平台上的各人员体温数据如图7所示，隔离点观察对象如图8所示，隔离点房间管理如图9所示，物资选购页面如图10所示。3.3数据可视化技术可视化应用：数据的可视化通过ECharts图形化插件实现，并使用Redis键值对存储数据库将清洗的数据进行显示。ECharts是一个使用JavaScript实现的开源可视化库，涵盖各行业图表，满足各种需求。Redis存储数据库支持PHP开发，拥有丰富的特性，支持事务，可对接传统数据库和NoSQL[6]。系统可在不同地点、不同环境使用，安装调试好所需驱动模块搭建硬件设备，驱动模块检测的各项指令发送至硬件设备进行汇总，并再次返回数据于云服务器平台，实现数据的调取和监听。云服务器将各项数据以及用户需求信息再并发给每一台硬件设备驱动模块。实现系统稳定有序的通信功能。ESP8266WiFi模块使用TCP协议进行数据传输，数据传输过程中使用JSON数据包格式、使用base64加密算法保证数据安全性[7]，并应用嵌入式开发技术,建立Socket通道，使其在云服务器上长期运行，实现基本的软硬互联的功能；利用Nginx1.18.0软件搭建基于PHP语言部署数据统一调取平台，并基于前后端分离技术，Web后端通过异步接口AJAX的方式在网站中展现数据。数据统一平台体温数据曲线如图5所示，心电数据曲线如图6所示。图7人员体温数据61Copyright©博看网. All Rights Reserved.

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计算机与网络测温，仪器直接显示温度，这并不便于工作者对测温者的数据做更新和汇总，登记过程重复枯燥、容易出错。因此开发了ECharts人体体质数据可视化监测系统，实现身份登记、温度测量和心电显示的功能，利用Socket通信技术自动记录数据到数据库，管理人员只需进入温度调取平台，便可一键查看所有的测温数据，及时了解被测者体温是否存在异常或体温在时间段内变化曲线；对于需求用户，也可同时提供心率实时数据，通过观察用户的心电图，来及时了解用户的心率是否存在图8隔离点观察对象数据异常。对系统进一步提升拓展，尝试将脑电波传感器、EMG肌肉电导传感器和TGAM脑电波传感器等融入ECharts人体体质数据可视化监测系统中，使更多的医疗数据上传至数据库，将其升级为医疗体检仪，达到防范疫情传播和用户身体全方面健康体检的理想目标。参考文献[1]观察者网风闻社区.中国疾控防治体系存在很多体制问题,图9隔离点房间管理数据需要进行彻底的改革[EB/OL].(2020-02-22)[2022-09-12]./main/content?id=247855.[2]张力,赵钢,俞文博,等.基于STM32单片机的人体健康指标采集系统的设计[J].现代工业经济和信息化,2022,12(2):81-83.[3]张毅.基于单片机系统的人体生理参数远程监控系统模拟设计[J].长春师范大学学报,2020,39(4):28-31.[4]刘倩倩.基于PHP和MySQL的网站设计与实现[J].中小企业管理与科技(下旬刊),2020(10):162-163.[5]胥昕,苏良勇,陈昆,等.基于RFID技术的分布式身份信息识图10物资选购页面别系统设计与实现[J].电子元器件与信息技术,2020,4(12):43-44.[6]丁岩,杨万祥,汪清,等.大数据统一SQL引擎研究与设计[J].科技视界,2019(29):1-4.[7]武越,赵龙波,阮超,等.基于信任传递的云服务身份鉴别优化方法[J].网络安全技术与应用,2022(6):67-70.5结束语在新冠疫情爆发和现阶段万物互联的发展大趋势下，调查得知现阶段温度测量仪器大多为无接触测温，使用者自行广告《重整行装再出发》出版社：红旗出版社订书电话：************本书从开展“不忘初心、牢记使命”主题教育的基本要求，“不忘初心、牢记使命”的丰富内涵、什么是中国共产党人的初心和使命，为什么要“不忘初心、牢记使命”，怎样才能做到不忘初心、不辱使命，用习近平新时代中国特色社会主义思想武装头脑，“不忘初心、牢记使命”做好新时代的答卷人等方面进行了详细阐述，以教育引导广大党员干部深入学习贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想，用党的最新理论成果武装头脑、指导实践、推动工作，用党的光荣历史和革命传统涵养党性，不忘初心、牢记使命，重整行装再出发，为决胜全面建成小康社会、实现中华民族伟大复兴中国梦的历史使命而不懈奋斗。定价：42.00元开本：16K62Copyright©博看网. All Rights Reserved.