【正文】 具，它提供了Android虛擬環(huán)境[7]。第二章 硬件設計 Android硬件平臺Android系統(tǒng)需要相應的硬件平臺支持， BLE的特殊性。 Android應用+光電傳感器由于Android系統(tǒng)的移植性強，裝載Android系統(tǒng)的設備越來越多且便攜性大大提高，計劃將此軟件移植到Android平臺中，利用光電傳感器和相應的藍牙開發(fā)板，將傳感器采集到的脈搏信號傳輸通過藍牙的形式傳輸?shù)街悄茉O備中，并利用Android下較為流行的圖表引擎AChartEngine繪制相應的波形。 Matlab+壓電傳感器本設計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的起伏值模擬為傳感器反應出的電壓值，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。1　 脈搏傳感器，采集脈搏信號2　 信號發(fā)送器，將信號發(fā)送出來3　 信號接收器，接收信號4　 處理器，將信號進行數(shù)據(jù)處理5　 繪圖器，將數(shù)據(jù)繪成波形圖6　 分析器，將波形做算法分析7　 顯示器，將分析的結果反饋給用戶以此判斷，其中只要有一個環(huán)節(jié)不同，就會產(chǎn)生不同的實施方案，信號的發(fā)射和接收任務在本設計中均采用藍牙承載，其他環(huán)節(jié)中影響最大的就是脈搏傳感器和處理器，這兩個環(huán)節(jié)的不同會使整個設計有不同的實施方案。設計主體在于通過特有的傳感器脈搏信號，經(jīng)由一定的傳輸手段傳至某個智能平臺，并由智能平臺上的一個處理軟件對接收到的信號進行數(shù)據(jù)化，并加以圖形描繪。數(shù)據(jù)處理模塊即在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)基礎上，對其數(shù)據(jù)進行一系列算法處理，可將數(shù)據(jù)存入文件，也可用于繪圖。藍牙模塊負責通過藍牙通信協(xié)議檢測周圍匹配的藍牙設備（BLE設備），并顯示到應用界面中以供用戶選擇，用戶選擇點擊之后可以開啟藍牙數(shù)據(jù)傳輸服務。本設計主要是軟件上的功能，因此以實現(xiàn)軟件功能為核心。而隨著智能手機性能的迅速提高，在本地進行復雜醫(yī)療數(shù)據(jù)的處理將會愈加具有可行性。相對于傳統(tǒng)模式下，采集的醫(yī)療數(shù)據(jù)需要上傳到專門的服務器進行分析，移動醫(yī)療模式下,智能手機完全可以實現(xiàn)在手機本地對數(shù)據(jù)進行智能分析。傳統(tǒng)模式下，測量脈搏由專用的醫(yī)用設備或有專業(yè)經(jīng)驗的醫(yī)師完成，在日常生活中非專業(yè)人士也不能準確測量自己的脈搏，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。測量脈搏是病人必須檢查的一個項目，通過脈搏的測量可以知道很多信息，這也成為了一個切入點：如果可以實時測量脈搏，那么就意味著可以實時通過脈搏了解病人的大致狀況。當大量血液進入動脈將使動脈壓力變大而使血管直徑擴張，在體表較淺處動脈即可感受到此擴張，即所謂的脈搏。如果在未來，醫(yī)用設備能夠便攜化，就代表著移植到智能設備中的可能性很大，也就意味著，那是一個帶著手機就能隨時隨地檢測身體健康狀態(tài)的時代，一個真正的移動醫(yī)療時代。而在亞健康和個性化健康管理的觀念日益普及下，[4]。隨著谷歌眼鏡、智能手表等智能消費終端的推出。智能手機可以通過藍牙、Wifi等方式和外設進行無線連接，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，智能手機把醫(yī)療數(shù)據(jù)通過WiFi、Internet等方式與服務器完成通信。眼觀當下，衣，可以在“淘寶”手機客戶端直接購買，食，可以在“大眾點評”中獲得有利信息，行，可以在“百度地圖”“攜程旅行”中隨時得知路況或踩點，住，可以在“58同城”中查看租房買房信息……可以預見的是，醫(yī)療和教育將來也必會在移動互聯(lián)網(wǎng)中大放異彩，然后成為生活中耳熟能詳?shù)囊徊糠?。隨著時下智能手機的普及，如何利用便攜的智能手機輔助移動醫(yī)療監(jiān)測，成為一個新興的熱門話題，在醫(yī)學，IT領域掀起一股“移動醫(yī)療”的潮流[2]。蘭州理工大學畢業(yè)設計基于Android的便攜式健康監(jiān)測系統(tǒng)畢業(yè)論文目錄第一章 緒論 1 1 2 2 3 Matlab+壓電傳感器 3 Android應用+光電傳感器 3第二章 硬件設計 4 Android硬件平臺 4 4 6 8 BLE簡介 8 開發(fā)板CC254x 8 9 9 10第三章 軟件設計 12 12 12 13 13 13 16 17 19 21 22 25第四章 運行及測試 27 27 27 30 33 33 34總結 38參考文獻 39附錄一 外文文獻翻譯 40附錄二 程序源代碼 63致謝 70第一章 緒論移動醫(yī)療，國際醫(yī)療衛(wèi)生會員組織HIMSS給出的定義為，mHealth，就是通過使用移動通信技術——例如PDA、移動電話和衛(wèi)星通信來提供醫(yī)療服務和信息，具體到移動互聯(lián)網(wǎng)領域，則以基于安卓和iOS等移動終端系統(tǒng)的醫(yī)療健康類App應用為主。它為發(fā)展中國家的醫(yī)療衛(wèi)生服務提供了一種有效方法，在醫(yī)療人力資源短缺的情況下，通過移動醫(yī)療可解決發(fā)展中國家的醫(yī)療問題[1]。就時代科技背景而言，一切與便民服務相關的工作最終都將被“移動”，成為一股股“移動XX”潮流，而“移動醫(yī)療”恰恰是其中的一種，也是相當重要的一種。當下移動醫(yī)療才剛剛起步，其應用模式中大多都是借助相應的傳感器（例如紅外，壓電，光電等）來采集醫(yī)療信號，實現(xiàn)的功能也以信號顯示為主，而智能手機作為擁有高速的數(shù)據(jù)傳輸能力和強大數(shù)據(jù)處理能力的便攜終端設備，可以作為醫(yī)療傳感器信號的移動接收和中轉(zhuǎn)平臺，甚至成為最終的處理平臺。這有利于擴大數(shù)據(jù)采集、健康監(jiān)護的應用范圍，使得人們可以在攜帶一些傳感器的情況下，比較靈活地實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)采集、醫(yī)療監(jiān)護[3]。正在致力于突破孤島，實現(xiàn)各種應用的互聯(lián)。目前大型應用市場中已經(jīng)涌現(xiàn)了一批用于簡單醫(yī)療的App應用，有根據(jù)輸入的參數(shù)（如身高，體重）判斷體型是否合格的，有一些日常健康指導的（比如預防傳染病或感冒的常識），還有和硬件設備結合開發(fā)的計步器（用于跑步時），用于調(diào)整生物鐘的睡眠鬧鐘，測心率的心率應用……但是也明顯表明，在不配合硬件的情況下，僅僅軟件是無法完成太多測試的，也無法提供用戶太多有用的信息或數(shù)據(jù)。脈搏－－即體表可觸摸到的動脈搏動。中醫(yī)將脈搏變化作為治病的主要手段，稱為“切脈”。以此推導，如果手機應用能夠?qū)崟r測量脈搏，那么只要有手機的用戶都可以測量自己的脈搏pluse wave[5]，并通過其測量的數(shù)據(jù)得到有用的信息。本設計則充分利用手機的無線通信功能，使用傳感器采集脈搏信號，通過手機藍牙接收信號，將智能手機變成一個“醫(yī)療設備”（Medical Equipment[6]）。利用智能的計算能力，處理采集的脈搏數(shù)據(jù)，并得出測量結果，用戶可以在更短時間內(nèi)看到數(shù)據(jù)分析結果和相關的健康建議，也避免了時間的浪費。設計的主要內(nèi)容是開發(fā)一個Android應用，以藍牙的形式接收傳感器采集的脈搏信號，并將信號數(shù)據(jù)繪成波形反饋給用戶，并根據(jù)數(shù)據(jù)分析為用戶做初步診斷，并給出簡單的健康建議；在此基礎上，對應用功能進行擴展，如存下信號數(shù)據(jù)以供有需要的用戶自行查看分析，力求更方便地服務于用戶。軟件功能主要分藍牙模塊，數(shù)據(jù)傳輸模塊，數(shù)據(jù)處理模塊和繪圖模塊。數(shù)據(jù)傳輸模塊承接藍牙模塊，開啟藍牙傳輸服務之后，程序會自動接收傳輸過來的數(shù)據(jù)并擬進行二次處理。繪圖模塊是建立在Android下AChartEngine繪圖引擎的基礎的，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，并實時更新顯示。經(jīng)過前期的調(diào)研和準備，本設計之初需要以下設備和方案。傳感器和傳輸手段的不同產(chǎn)生了兩個不同的實施方案，一是通過有線傳輸壓電傳感器采集的脈搏數(shù)據(jù)，另一個是通過藍牙傳輸光電傳感器采集的脈搏數(shù)據(jù)。問題在于壓電傳感器過于靈敏，且受干擾較大，測出的波形噪聲信號難以處理，故而進度緩慢。 BLE設備， 的智能設備才能檢測到，不過隨著手機的更新?lián)Q代，應該會具有更好的兼容性。若不考慮藍牙，Wifi，以及傳感器相關的開發(fā)，那么Genymotion完全可以勝任開發(fā)的絕大部分需求；當然若需要實際的硬件支持，最佳方案就是用一款智能手機進行真機聯(lián)調(diào)。開發(fā)Android的Eclipse ADT開發(fā)包中其實有自帶的模擬器emulator，之所以選用另外的模擬器原因有二。 genymotion和emulator的創(chuàng)建設備界面另一方面，genymotion的源碼包較為簡潔明了，創(chuàng)建虛擬設備時只需填入設備名稱即可，其他屬性均按照實際型號的真機定制，而emulator自定義的屬性較多，自主性較強，但大多設置并沒有必要，而且其啟動后尺寸是固定的，不能隨時進行調(diào)整，默認的屏幕尺寸高度會和PC的高度一致，導致開發(fā)視圖的不便（任務欄會遮住屏幕下方），相反genymotion就可以在啟動虛擬設備后自由調(diào)整其寬高度，以方便不同視圖的需要。 genymotion選擇系統(tǒng)環(huán)境界面選擇好開發(fā)的系統(tǒng)環(huán)境之后，在聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)下會自動下載源碼包，這里我們選擇Android 。 genymotion虛擬界面同時，可以在Eclipse的DDMS視圖中看到已經(jīng)檢測到的Android設備。涉及到藍牙或傳感器之類模擬器暫時不能模擬出的部件時，開發(fā)就需要借助真實的Android設備。相對于模擬器來說，真機并不需要人為創(chuàng)建定制設備，可以直接投入開發(fā)使用。 手機上的USB設置2) 需要特定的驅(qū)動需要安裝相應的驅(qū)動，否則無法檢測到連接的Android設備，一般是由PC系統(tǒng)自動匹配安裝，安裝的驅(qū)動為“Android Composite ADB Interface”,打開“設備管理器”后會顯示相應的接口。 Eclipse檢測到的真機藍牙平臺在本設計中屬于前置部分，主要負責將傳感器采集到的信號通過藍牙形式發(fā)送出來，然后由開發(fā)的Android應用接收處理，藍牙部分可以從原理和實際設備兩個部分進行介紹。BLE即Bluetooth Low Energy，低功耗藍牙。硬件方面，需要購買TI公司藍牙迷你套件，（一般指CC254x）以及CC Debugger傳真器；軟件方面，安裝IAR for 8051，TI公司BTool軟件。CC254X內(nèi)含一個性能優(yōu)良的RF收發(fā)器和工業(yè)標準的增強型8051MCU，集成可ISP的Flash memory，8KB RAM，以及其他性能優(yōu)異的特性和外設。其特性如下：a) 兼容藍牙低功耗技術b) 優(yōu)異的連接設計（高達 97DB）c) 長距應用d) 精準的數(shù)字 RSSIe) 符合 FCCamp。 CC254x開發(fā)板功能示圖心率傳感器是本設計中硬件部分的最末端，負責最原始的脈搏信號采集，理想狀態(tài)下采集到的脈搏信號可以較為清晰用波形圖給出，也即是說，傳感器必須采集到類似于心臟搏動強度的信號，并將這種起伏明顯的信號通過一定傳輸手段傳輸?shù)介_發(fā)環(huán)境中。壓電傳感器即壓敏電阻脈搏傳感器HK2000C，是在HK2000B的基礎上增加了程控放大電路、基線調(diào)整電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、串行通信電路，方便用戶集成及二次開發(fā)使用。在電腦上運行我們附送的演示程序可以直觀的在電腦屏幕上顯示脈搏波形并可以對波形的幅值、頻率、基線等進行調(diào)整。 壓電脈搏傳感器HK2000C此傳感器的接口為USB接口，可以與電腦連接，在PC端安裝USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動后，即可實現(xiàn)傳感器與PC端的通信。 壓電傳感器在PC端的端口光電傳感器是自行購置的脈搏傳感器，主要是通過透光性檢測指尖血液濃度并以此脈搏的跳動。關于此傳感器有一套自有的工具，主要是關于BLE ，諸如IAR編輯器，SmartNRF燒錄器，以及CCDebug仿真器。 光電心率傳感器實物圖此傳感器需要和藍牙開發(fā)板配套使用，三根導線分別連接至開發(fā)板的相應引腳才能正常工作，以下是連接圖；連接完成后，需要給開發(fā)板加外接電源才可工作。本設計中使用的開發(fā)環(huán)境如下：u 系統(tǒng)環(huán)境：Windows 7 Ultimate x64u 編程語言：Javau 語言版本：jdk8u11windowsx64u 開發(fā)工具：Eclipse IDE for Java Developers+ADT ,Android Studiou 終端環(huán)境：Android ,Android u 源碼工具：Android SDK Manageru 模擬器：Genymotion Android u 真機型號：華為榮耀暢玩4Xu 繪圖引擎：AChartEngine系統(tǒng)環(huán)境、編程語言，以及開發(fā)工具，三者互相之間要有良好的兼容性，一般來說，如果系統(tǒng)環(huán)境為Windows系統(tǒng)，那么編程語言版本也一般安裝windows版本，以及開發(fā)工具如Eclipse也要選擇安裝Eclipse for Windows，否則是無法進行開發(fā)工作的[8]。調(diào)試環(huán)境分為模擬環(huán)境與真機環(huán)境，模擬器使用Genymotion，可調(diào)試不涉及硬件操作的功能模擬，真機則沒有限制，當然真機最好選擇接口較多，功能較全的手機型號。繪圖引擎選用Android下比較成熟的繪圖引擎AChartEngine，此引擎專為繪圖而開發(fā)，只要導入庫類包后就可以直接或選擇使用其中的有用類，避免開發(fā)時為自定義圖表類作太多繁瑣的工作[9]。軟件整體工作流程可分為以下幾步：1　 通過藍牙基類尋找BLE設備，并顯示設備列表2　 點擊列表中的設備，獲取藍牙服務3　 接收藍牙傳遞的數(shù)據(jù)4　 處理數(shù)據(jù)，并以字符流形式存入文件5　 由傳遞的數(shù)據(jù)顯示出實時的波形圖6　 計算出BPM7　 其他功能根據(jù)軟件整體完成的工作流程，：開始獲取藍牙服務接收數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)顯示波形圖存入文件計算BPM其他功能結束 整體流程圖藍牙傳輸是建立在藍牙硬件平臺搭建正確的基礎上的，其中包括藍牙模塊芯片CC254x與開發(fā)板的連接，開發(fā)板與傳感器的連接，以及在開發(fā)板中寫入控制藍牙的程序。，其中一類BLE設備即此次開發(fā)中所用到的藍牙設備，