【正文】 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 第二章 硬件設(shè)計(jì) Android 硬件平臺(tái) Android 系統(tǒng)需要相應(yīng)的硬件平臺(tái)支持，并且由于藍(lán)牙 BLE 的特殊性，需要能夠支持 系統(tǒng)及以上和裝載藍(lán)牙 的智能平臺(tái)才能應(yīng)用到實(shí)際開發(fā)中。 Matlab+壓電傳感器 本設(shè)計(jì)早期使用壓電脈搏傳感器，通過 USB 接口連接電腦，利用壓敏電阻的特性將手腕脈搏跳動(dòng)的起伏值模擬為傳感器反應(yīng)出的電壓值，并以 Matlab 串口讀取作為軟件處理方案，用 Matlab 將壓電傳感器傳出的電壓值繪成波形圖。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 設(shè)計(jì)的可 行方案 設(shè)計(jì)主體在于通過特有的傳感器脈搏信號(hào)，經(jīng)由一定的傳輸手段傳至某個(gè)智能平臺(tái)，并由智能平臺(tái)上的一個(gè)處理軟件對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)化，并加以圖形描繪。 藍(lán)牙模塊負(fù)責(zé)通過藍(lán)牙通信協(xié)議檢測(cè)周圍匹配的藍(lán)牙設(shè)備（ BLE 設(shè)備），并顯示到應(yīng)用界面中以供用戶選擇，用戶選擇點(diǎn)擊之后可以開啟藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。 而隨著智能手機(jī)性能的迅速提高，在本地進(jìn)行復(fù)雜醫(yī)療數(shù)據(jù)的處理將會(huì)愈加具有可行性。 傳統(tǒng)模式下，測(cè)量脈搏由專用的醫(yī)用設(shè)備或有專業(yè)經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)師完成，在日常生活中非專業(yè)人士也不能準(zhǔn)確測(cè)量 自己的脈搏，更難說察覺脈搏的起伏變化，這也是醫(yī)療不能深入日常生活的最主要原因。當(dāng)大量血液進(jìn)入 動(dòng)脈 將使動(dòng)脈壓力變大而使血管直徑 擴(kuò)張 ，在體表較淺處 動(dòng)脈 即可感受到此擴(kuò) 張，即所謂的脈搏。而在亞健康和個(gè)性化健康管理的觀念日益普及下，可穿戴設(shè)備也在成為喚醒醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng) 的潮流先鋒 [4]。 智能手機(jī)可以通過藍(lán)牙 、 Wifi 等方式和外設(shè)進(jìn)行無線連接，基于此，可將便攜傳感器獲得的數(shù)據(jù)以無線方式發(fā)送給智能手機(jī)，智能手機(jī)把醫(yī)療數(shù)據(jù)通過WiFi、 Inter 等方式與服務(wù)器完成通信 。 隨著時(shí)下智能手機(jī)的普及，如何利用便攜的智能手機(jī)輔助移動(dòng)醫(yī)療監(jiān)測(cè)，成為一個(gè)新興的熱門話題，在醫(yī)學(xué)， IT 領(lǐng)域掀起一股“移動(dòng)醫(yī)療”的潮流 [2]。Android。 本設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)來源為光電脈搏傳感器，是通過透光性檢測(cè)血液濃度變化并以光強(qiáng)度的變化引起的電壓變化作為數(shù)據(jù)傳出；此數(shù)據(jù)經(jīng)藍(lán)牙開發(fā)板處理為數(shù)字信號(hào)，并由藍(lán)牙形式不斷廣播；在 Android 下開發(fā)的應(yīng)用通過開啟設(shè)備的藍(lán)牙功能搜索到廣播的藍(lán)牙信號(hào)，通過協(xié)議建立連接并獲取數(shù)據(jù)服務(wù)，實(shí)時(shí)接收采集的脈搏信號(hào)；應(yīng)用對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行算法處理，存入文本文件，并在圖表中給出實(shí)時(shí)的波形圖；通過分析此波形，應(yīng)用可計(jì)算出測(cè)試者當(dāng)前的心率，并由心率對(duì)測(cè)試者的健康狀況作初步的判斷。本設(shè)計(jì)針對(duì)此問題提出了一套切實(shí)可行的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)中首先通過脈搏傳感器采集到人體的脈搏信號(hào)，然后借由藍(lán)牙以無線形式發(fā)送給 Android 終端 ，同時(shí)在 Android 下提取藍(lán)牙信號(hào)，以及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取與存儲(chǔ)，并以接收到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)繪制波形，最終通過對(duì)波形的處理分析可得出測(cè)試者當(dāng)前的心率，并對(duì)測(cè)試者當(dāng)前的健康狀態(tài)作出簡(jiǎn)單的評(píng)測(cè)和建議。bluetooth。它為發(fā)展中國(guó)家的醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)提供了一種有效方法，在醫(yī)療人力資源短缺的情況下，通過移動(dòng)醫(yī)療可解決發(fā)展中國(guó)家的醫(yī)療問題 [1]。 當(dāng)下移動(dòng)醫(yī)療才剛剛起步，其應(yīng)用 模式中大多都是借助相應(yīng)的傳感器（例如紅外，壓電，光電等）來采集醫(yī)療信號(hào)，實(shí)現(xiàn)的功能也以信號(hào)顯示為主，而智能手機(jī)作為擁有高速的數(shù)據(jù)傳輸能力和強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理 能力的便攜終端設(shè)備，可以作為醫(yī)療傳感器信號(hào)的移動(dòng)接收和中轉(zhuǎn)平臺(tái)，甚至成為最終的處理平臺(tái) 。相較于物聯(lián)網(wǎng) 時(shí)代對(duì)傳統(tǒng)行業(yè)的信息化模式，由可穿戴醫(yī)療設(shè)備帶動(dòng)的物聯(lián)網(wǎng) 時(shí)代，正在致力于突破孤島，實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用的互聯(lián)。 設(shè)計(jì)的意義與目的 脈搏－－即體表可觸摸到的動(dòng)脈搏動(dòng)。以此推導(dǎo)，如果手機(jī)應(yīng)用能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量脈搏，那么只要有手機(jī)的用戶都可以測(cè)量自己的脈搏 pluse wave[5]，并通過其測(cè)量的數(shù)據(jù)得到有用的信息。 利用智能的計(jì)算能力，處理采集的脈搏數(shù)據(jù)，并得出測(cè)量結(jié)果 ，用戶可以在更短時(shí)間內(nèi)看到數(shù)據(jù)分析結(jié)果和相 關(guān)的健康建議，也避免了時(shí)間的浪費(fèi) 。 軟件功能主要分藍(lán)牙模塊，數(shù)據(jù)傳輸模塊，數(shù)據(jù)處理 模塊和繪圖模塊。 繪圖模塊是建立在 Android 下 AChartEngine 繪圖引擎的基礎(chǔ)的，此處將已經(jīng)處理的數(shù)據(jù)通過曲線圖的方式在圖表中繪制出來，并實(shí)時(shí)更新顯示。 傳感器和傳輸手段的不同產(chǎn)生了兩個(gè)不同的實(shí)施方案，一是通過有線傳輸壓電傳感器采集的脈搏數(shù)據(jù)，另一個(gè)是通過藍(lán)牙傳輸光電傳感器采集的脈搏數(shù)據(jù) 。 問題在于光電傳感器所配套的藍(lán)牙開發(fā)板屬于藍(lán)牙 BLE 設(shè)備，只有 以上的系統(tǒng)和裝載了 BLE 的智 能設(shè)備才能檢測(cè)到，不過隨著手機(jī)的更新?lián)Q代，應(yīng)該會(huì)具有更好的兼容性。 開發(fā) Android 的 Eclipse ADT 開發(fā)包中其實(shí)有自帶的模擬器 emulator，之所以選用另外的模擬器原因有二。 Genymotion 安裝流程如下： ① 注冊(cè) Genymotion 賬號(hào) ② 下載 Genymotion 安裝包 ③ 安裝 VitualBox ④ 安裝 Eclipse 或者 Intellij 插件 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 注冊(cè)需要通過其官方網(wǎng)址 系統(tǒng)環(huán)境，如圖 所示。 圖 Eclipse 中檢測(cè)到的虛擬設(shè)備 至此， genymotion 虛擬的硬件開發(fā)環(huán)境已經(jīng)搭建完成。不過由于智能手機(jī)仍需要連接電腦進(jìn)行開發(fā)中的通信，所以一些注意事項(xiàng)需要注意一下： 1) 手機(jī)需進(jìn)入“ USB 調(diào)試模式”，不同的手機(jī)有不同的設(shè)置，開發(fā)者需根據(jù)相應(yīng)的機(jī)型提前設(shè)置好，類似圖 。 藍(lán)牙 BLE 簡(jiǎn)介 藍(lán)牙 協(xié)議是 20xx 年 6 月由 SIG（ Special Interest Group）發(fā)布的最新標(biāo)準(zhǔn)，它有 2 種模式： BLE（ Bluetooth low energy）只能與 協(xié)議設(shè)備通信，適應(yīng)節(jié)能且僅收發(fā)少量數(shù)據(jù)的設(shè)備（如家用電子）； BR/EDR（ Basic Rate/Enhanced Data Rate），向下兼容（能與 通信），適應(yīng)收發(fā)數(shù)據(jù)較多的設(shè)備（如耳機(jī)）。 開發(fā)板 CC254x CC254X 模塊是低成本，低功耗的 SOC(System on a Chip，系統(tǒng)級(jí)芯片 )方案，廣泛用于藍(lán)牙低功耗應(yīng)用，花費(fèi)非常少的材料成本即可構(gòu)建 BLE Master 或 Slave Node。CE 標(biāo)準(zhǔn) f) 高效低功耗的 8051 MCU 內(nèi)核 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 g) 電池監(jiān)控和溫度傳感器 h) 全速 USB 接口 i) AEC 安全協(xié)處理器 本設(shè)計(jì)通過 CC254x 開發(fā)板進(jìn)行藍(lán)牙模塊的開發(fā)，其開發(fā)板如圖 所示。壓電式原理采集信號(hào)，數(shù)字信號(hào)輸出，直接通過 USB 或串口輸出脈搏波波形數(shù)據(jù)。在 PC 端“設(shè)備管理器”中可以看到相應(yīng)端口，如圖 所示。 以下為傳感器實(shí)物圖。 開發(fā) Android 應(yīng)用需要在 Eclipse 中安裝 ADT 即 Android Development Tools 插件，也必須在本地配置至少一個(gè) Android 系統(tǒng)版本的源碼如 Android ，源碼由 Android SDK Manager進(jìn)行下載管理。 軟件整體結(jié)構(gòu) 軟件 功能 說明 應(yīng)用軟件整體功能分為兩個(gè)部分，一部分為接收數(shù)據(jù)的前置工作，一部分為處理數(shù)據(jù)的具體功能。 開始 獲取藍(lán)牙服務(wù) 接收數(shù)據(jù) 處理數(shù)據(jù) 顯示波形圖 存入文件 計(jì)算 BPM 其他功 能 結(jié)束 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 在藍(lán)牙硬件設(shè)備搭建完成后，設(shè)備會(huì)持續(xù)發(fā)送一個(gè)廣播信息，應(yīng)用終端則編寫相應(yīng) 的程序代碼接收此信息，并與之匹配，再獲取相關(guān)的藍(lán)牙服務(wù)， BLE 并不兼容于之前的藍(lán)牙版本，故而獲取服務(wù)的方法也有所不同，尤其是后續(xù)部分要連接至 GATT 服務(wù)端，且讀取屬性的方法也與之前的藍(lán)牙開發(fā)不盡相同。 ... // Ensures Bluetooth is available on the device and it is enabled. If not, // displays a dialog requesting user permission to enable Bluetooth. if (mBluetoothAdapter == null || !()) { Intent enableBtIntent = new Intent()。 private Handler mHandler。 } }, SCAN_PERIOD)。 (mLeScanCallback)。 private mOnDataAvailable = new OnDataAvailableListener() { //BLE 終端數(shù)據(jù)被讀的事件 Override public void onCharacteristicRead(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status) { ((characteristic 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 .getValue()), (), characteristic .getUuid().toString())。 UUID（ Universally Unique Identifie）是指在一臺(tái)機(jī)器上生成的數(shù)字，它保證對(duì)在同一時(shí)空中的所有機(jī)器都是唯一的。接著，將此整 型 值以追加模式寫入 SD 卡目 錄下 文件中，并在繪圖過程中調(diào)用 PluseSure()方法以計(jì)算 BPM。 // pluse = pluse + 700。 FileWriter fw = new FileWriter(dataFile, true)。 } } } } // 判斷 BPM 的方法體 protected static void pluseSure() { // 調(diào)用此方法時(shí)的時(shí)間 long curTime = ()。 // 求得 BPM Bpp = (float) (timeListSize 1) * 1000 / durTime。 // 如果連續(xù) 4 個(gè)心率曲線上揚(yáng)的時(shí)間不在正常范圍內(nèi)，則將時(shí)間集合清 0，否則顯示 if (tmpTime 3000 || tmpTime 1000) { ()。在下面的繪圖模塊中可以看到一個(gè)判斷條件：當(dāng)波形數(shù)據(jù)上揚(yáng)（即前一個(gè)數(shù)據(jù)小于 0，后一個(gè)大于 0， 0 是判定界限 ）時(shí)，就調(diào)用判斷 BPM 的方法體。其主要 功能是將接收到的數(shù)據(jù)以曲線圖的方式繪出，以達(dá)到模擬類似心電圖起搏的波形效果。 導(dǎo)入引擎包后就可使用其中的繪圖類，如下： // 用于存放每條折線的點(diǎn)數(shù)據(jù) private static XYSeries lineMaibo。 // 表格的基類 private static GraphicalView chart。 } 可以看到， pluseHandler 在每一次滿足條件時(shí)運(yùn)行 refreshChart()，即刷新視圖： private static void refreshChart() { initLine(lineMaibo)。 xTemp = 0。 (chartListSize 2) 0) { pluseSure()。 i count。 (xTemp, yTemp)。 } } 其他還有 initChart()， initRenderer()， setChartSettings()等方法，都是為了設(shè)置圖表的固有屬性存在的，讀者可以自行在附錄或附帶的資源中查看源碼。其開發(fā)界面如下圖。 (false)。 (view).setPositiveButton(登錄 , new OnClickListener() { Override public void onClick(DialogInterface dialog, int which) { RegClickListener logListener = (RegClickListener) getActivity()。 } }).setNegativeButton(取消 , null)。 for (User u : users) { if (().equals(username)) { 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 existFlag = true。 } else { User user = new User(username, password)。 if ((user)) { (true)。 ()。此模塊已有功能，可由下列流程圖進(jìn)行說明 ，如圖 所示 ； 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 圖 注冊(cè)模塊流程示意圖 設(shè)置模塊 設(shè)置模塊主要用于設(shè)置一些常規(guī)的配置，分為普通用戶和管理員進(jìn)行設(shè)置權(quán)限分配，管理員可以使用“用戶管理”中的全部功能，即“增加用戶”“刪除用戶”以及“查詢用戶”，普通用戶則只能 使用“查詢用戶”功能，這是為了防止普通用戶無意將修改其他用戶資料而造成的數(shù)據(jù)泄漏