【正文】 擬環(huán)境[7]。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， BLE的特殊性。 Android應(yīng)用+光電傳感器由于Android系統(tǒng)的移植性強(qiáng)，裝載Android系統(tǒng)的設(shè)備越來(lái)越多且便攜性大大提高，計(jì)劃將此軟件移植到Android平臺(tái)中，利用光電傳感器和相應(yīng)的藍(lán)牙開(kāi)發(fā)板，將傳感器采集到的脈搏信號(hào)傳輸通過(guò)藍(lán)牙的形式傳輸?shù)街悄茉O(shè)備中，并利用Android下較為流行的圖表引擎AChartEngine繪制相應(yīng)的波形。 Matlab+壓電傳感器本設(shè)計(jì)早期使用壓電脈搏傳感器，通過(guò)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。1　 脈搏傳感器，采集脈搏信號(hào)2　 信號(hào)發(fā)送器，將信號(hào)發(fā)送出來(lái)3　 信號(hào)接收器，接收信號(hào)4　 處理器，將信號(hào)進(jìn)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(jié)果反饋給用戶以此判斷，其中只要有一個(gè)環(huán)節(jié)不同，就會(huì)產(chǎn)生不同的實(shí)施方案，信號(hào)的發(fā)射和接收任務(wù)在本設(shè)計(jì)中均采用藍(lán)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(gè)環(huán)節(jié)的不同會(huì)使整個(gè)設(shè)計(jì)有不同的實(shí)施方案。設(shè)計(jì)主體在于通過(guò)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。數(shù)據(jù)處理模塊即在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)基礎(chǔ)上，對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)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(lán)牙模塊負(fù)責(zé)通過(guò)藍(lán)牙通信協(xié)議檢測(cè)周?chē)ヅ涞乃{(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(kāi)啟藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。本設(shè)計(jì)主要是軟件上的功能，因此以實(shí)現(xiàn)軟件功能為核心。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。相對(duì)于傳統(tǒng)模式下，采集的醫(yī)療數(shù)據(jù)需要上傳到專門(mén)的服務(wù)器進(jìn)行分析，移動(dòng)醫(yī)療模式下,智能手機(jī)完全可以實(shí)現(xiàn)在手機(jī)本地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析。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(shuō)察覺(jué)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(cè)量脈搏是病人必須檢查的一個(gè)項(xiàng)目，通過(guò)脈搏的測(cè)量可以知道很多信息，這也成為了一個(gè)切入點(diǎn)：如果可以實(shí)時(shí)測(cè)量脈搏，那么就意味著可以實(shí)時(shí)通過(guò)脈搏了解病人的大致?tīng)顩r。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。如果在未來(lái)，醫(yī)用設(shè)備能夠便攜化，就代表著移植到智能設(shè)備中的可能性很大，也就意味著，那是一個(gè)帶著手機(jī)就能隨時(shí)隨地檢測(cè)身體健康狀態(tài)的時(shí)代，一個(gè)真正的移動(dòng)醫(yī)療時(shí)代。而在亞健康和個(gè)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(fèi)終端的推出。智能手機(jī)可以通過(guò)藍(lán)牙、Wifi等方式和外設(shè)進(jìn)行無(wú)線連接，基于此，可將便攜傳感器獲得的數(shù)據(jù)以無(wú)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(guò)WiFi、Internet等方式與服務(wù)器完成通信。眼觀當(dāng)下，衣，可以在“淘寶”手機(jī)客戶端直接購(gòu)買(mǎi)，食，可以在“大眾點(diǎn)評(píng)”中獲得有利信息，行，可以在“百度地圖”“攜程旅行”中隨時(shí)得知路況或踩點(diǎn)，住，可以在“58同城”中查看租房買(mǎi)房信息……可以預(yù)見(jiàn)的是，醫(yī)療和教育將來(lái)也必會(huì)在移動(dòng)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(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(mén)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]。蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)基于Android的便攜式健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)Android系統(tǒng)開(kāi)發(fā)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(yīng)用+光電傳感器 3第二章 硬件設(shè)計(jì) 4 Android硬件平臺(tái) 4 4 6 8 BLE簡(jiǎn)介 8 開(kāi)發(fā)板CC254x 8 9 9 10第三章 軟件設(shè)計(jì) 12 12 12 13 13 13 16 17 19 21 22 25第四章 運(yùn)行及測(cè)試 27 27 27 30 33 33 34總結(jié) 38參考文獻(xiàn) 39附錄一 外文文獻(xiàn)翻譯 40附錄二 程序源代碼 63致謝 70第一章 緒論移動(dòng)醫(yī)療，國(guó)際醫(yī)療衛(wèi)生會(huì)員組織HIMSS給出的定義為，mHealth，就是通過(guò)使用移動(dòng)通信技術(shù)——例如PDA、移動(dòng)電話和衛(wèi)星通信來(lái)提供醫(yī)療服務(wù)和信息，具體到移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，則以基于安卓和iOS等移動(dòng)終端系統(tǒng)的醫(yī)療健康類App應(yīng)用為主。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(guò)移動(dòng)醫(yī)療可解決發(fā)展中國(guó)家的醫(yī)療問(wèn)題[1]。就時(shí)代科技背景而言，一切與便民服務(wù)相關(guān)的工作最終都將被“移動(dòng)”，成為一股股“移動(dòng)XX”潮流，而“移動(dòng)醫(yī)療”恰恰是其中的一種，也是相當(dāng)重要的一種。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(lái)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)。這有利于擴(kuò)大數(shù)據(jù)采集、健康監(jiān)護(hù)的應(yīng)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、醫(yī)療監(jiān)護(hù)[3]。正在致力于突破孤島，實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用的互聯(lián)。目前大型應(yīng)用市場(chǎng)中已經(jīng)涌現(xiàn)了一批用于簡(jiǎn)單醫(yī)療的App應(yīng)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(dǎo)的（比如預(yù)防傳染病或感冒的常識(shí)），還有和硬件設(shè)備結(jié)合開(kāi)發(fā)的計(jì)步器（用于跑步時(shí)），用于調(diào)整生物鐘的睡眠鬧鐘，測(cè)心率的心率應(yīng)用……但是也明顯表明，在不配合硬件的情況下，僅僅軟件是無(wú)法完成太多測(cè)試的，也無(wú)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(dòng)脈搏動(dòng)。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(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(guò)其測(cè)量的數(shù)據(jù)得到有用的信息。本設(shè)計(jì)則充分利用手機(jī)的無(wú)線通信功能，使用傳感器采集脈搏信號(hào)，通過(guò)手機(jī)藍(lán)牙接收信號(hào)，將智能手機(jī)變成一個(gè)“醫(yī)療設(shè)備”（Medical Equipment[6]）。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)。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是開(kāi)發(fā)一個(gè)Android應(yīng)用，以藍(lán)牙的形式接收傳感器采集的脈搏信號(hào)，并將信號(hào)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(jiǎn)單的健康建議；在此基礎(chǔ)上，對(duì)應(yīng)用功能進(jìn)行擴(kuò)展，如存下信號(hào)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(wù)于用戶。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。數(shù)據(jù)傳輸模塊承接藍(lán)牙模塊，開(kāi)啟藍(lán)牙傳輸服務(wù)之后，程序會(huì)自動(dòng)接收傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)并擬進(jìn)行二次處理。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(guò)曲線圖的方式在圖表中繪制出來(lái)，并實(shí)時(shí)更新顯示。經(jīng)過(guò)前期的調(diào)研和準(zhǔn)備，本設(shè)計(jì)之初需要以下設(shè)備和方案。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(guò)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(guò)藍(lán)牙傳輸光電傳感器采集的脈搏數(shù)據(jù)。問(wèn)題在于壓電傳感器過(guò)于靈敏，且受干擾較大，測(cè)出的波形噪聲信號(hào)難以處理，故而進(jìn)度緩慢。 BLE設(shè)備， 的智能設(shè)備才能檢測(cè)到，不過(guò)隨著手機(jī)的更新?lián)Q代，應(yīng)該會(huì)具有更好的兼容性。若不考慮藍(lán)牙，Wifi，以及傳感器相關(guān)的開(kāi)發(fā)，那么Genymotion完全可以勝任開(kāi)發(fā)的絕大部分需求；當(dāng)然若需要實(shí)際的硬件支持，最佳方案就是用一款智能手機(jī)進(jìn)行真機(jī)聯(lián)調(diào)。開(kāi)發(fā)Android的Eclipse ADT開(kāi)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和emulator的創(chuàng)建設(shè)備界面另一方面，genymotion的源碼包較為簡(jiǎn)潔明了，創(chuàng)建虛擬設(shè)備時(shí)只需填入設(shè)備名稱即可，其他屬性均按照實(shí)際型號(hào)的真機(jī)定制，而emulator自定義的屬性較多，自主性較強(qiáng)，但大多設(shè)置并沒(méi)有必要，而且其啟動(dòng)后尺寸是固定的，不能隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，默認(rèn)的屏幕尺寸高度會(huì)和PC的高度一致，導(dǎo)致開(kāi)發(fā)視圖的不便（任務(wù)欄會(huì)遮住屏幕下方），相反genymotion就可以在啟動(dòng)虛擬設(shè)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(kāi)發(fā)的系統(tǒng)環(huán)境之后，在聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)下會(huì)自動(dòng)下載源碼包，這里我們選擇Android 。 genymotion虛擬界面同時(shí)，可以在Eclipse的DDMS視圖中看到已經(jīng)檢測(cè)到的Android設(shè)備。涉及到藍(lán)牙或傳感器之類模擬器暫時(shí)不能模擬出的部件時(shí)，開(kāi)發(fā)就需要借助真實(shí)的Android設(shè)備。相對(duì)于模擬器來(lái)說(shuō)，真機(jī)并不需要人為創(chuàng)建定制設(shè)備，可以直接投入開(kāi)發(fā)使用。 手機(jī)上的USB設(shè)置2) 需要特定的驅(qū)動(dòng)需要安裝相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)，否則無(wú)法檢測(cè)到連接的Android設(shè)備，一般是由PC系統(tǒng)自動(dòng)匹配安裝，安裝的驅(qū)動(dòng)為“Android Composite ADB Interface”,打開(kāi)“設(shè)備管理器”后會(huì)顯示相應(yīng)的接口。 Eclipse檢測(cè)到的真機(jī)藍(lán)牙平臺(tái)在本設(shè)計(jì)中屬于前置部分，主要負(fù)責(zé)將傳感器采集到的信號(hào)通過(guò)藍(lán)牙形式發(fā)送出來(lái)，然后由開(kāi)發(fā)的Android應(yīng)用接收處理，藍(lán)牙部分可以從原理和實(shí)際設(shè)備兩個(gè)部分進(jìn)行介紹。BLE即Bluetooth Low Energy，低功耗藍(lán)牙。硬件方面，需要購(gòu)買(mǎi)TI公司藍(lán)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(gè)性能優(yōu)良的RF收發(fā)器和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)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(shè)。其特性如下：a) 兼容藍(lán)牙低功耗技術(shù)b) 優(yōu)異的連接設(shè)計(jì)（高達(dá) 97DB）c) 長(zhǎng)距應(yīng)用d) 精準(zhǔn)的數(shù)字 RSSIe) 符合 FCCamp。 CC254x開(kāi)發(fā)板功能示圖心率傳感器是本設(shè)計(jì)中硬件部分的最末端，負(fù)責(zé)最原始的脈搏信號(hào)采集，理想狀態(tài)下采集到的脈搏信號(hào)可以較為清晰用波形圖給出，也即是說(shuō)，傳感器必須采集到類似于心臟搏動(dòng)強(qiáng)度的信號(hào)，并將這種起伏明顯的信號(hào)通過(guò)一定傳輸手段傳輸?shù)介_(kāi)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(chǔ)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(kāi)發(fā)使用。在電腦上運(yùn)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(duì)波形的幅值、頻率、基線等進(jìn)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(dòng)后，即可實(shí)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(gòu)置的脈搏傳感器，主要是通過(guò)透光性檢測(cè)指尖血液濃度并以此脈搏的跳動(dòng)。關(guān)于此傳感器有一套自有的工具，主要是關(guān)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(shí)物圖此傳感器需要和藍(lán)牙開(kāi)發(fā)板配套使用，三根導(dǎo)線分別連接至開(kāi)發(fā)板的相應(yīng)引腳才能正常工作，以下是連接圖；連接完成后，需要給開(kāi)發(fā)板加外接電源才可工作。本設(shè)計(jì)中使用的開(kāi)發(fā)環(huán)境如下：u 系統(tǒng)環(huán)境：Windows 7 Ultimate x64u 編程語(yǔ)言：Javau 語(yǔ)言版本：jdk8u11windowsx64u 開(kāi)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(jī)型號(hào)：華為榮耀暢玩4Xu 繪圖引擎：AChartEngine系統(tǒng)環(huán)境、編程語(yǔ)言，以及開(kāi)發(fā)工具，三者互相之間要有良好的兼容性，一般來(lái)說(shuō)，如果系統(tǒng)環(huán)境為Windows系統(tǒng)，那么編程語(yǔ)言版本也一般安裝windows版本，以及開(kāi)發(fā)工具如Eclipse也要選擇安裝Eclipse for Windows，否則是無(wú)法進(jìn)行開(kāi)發(fā)工作的[8]。調(diào)試環(huán)境分為模擬環(huán)境與真機(jī)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(jī)則沒(méi)有限制，當(dāng)然真機(jī)最好選擇接口較多，功能較全的手機(jī)型號(hào)。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(kāi)發(fā)，只要導(dǎo)入庫(kù)類包后就可以直接或選擇使用其中的有用類，避免開(kāi)發(fā)時(shí)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(guò)藍(lán)牙基類尋找BLE設(shè)備，并顯示設(shè)備列表2　 點(diǎn)擊列表中的設(shè)備，獲取藍(lán)牙服務(wù)3　 接收藍(lán)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(shí)時(shí)的波形圖6　 計(jì)算出BPM7　 其他功能根據(jù)軟件整體完成的工作流程，：開(kāi)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 整體流程圖藍(lán)牙傳輸是建立在藍(lán)牙硬件平臺(tái)搭建正確的基礎(chǔ)上的，其中包括藍(lán)牙模塊芯片CC254x與開(kāi)發(fā)板的連接，開(kāi)發(fā)板與傳感器的連接，以及在開(kāi)發(fā)板中寫(xiě)入控制藍(lán)牙的程序。，其中一類BLE設(shè)備即此次開(kāi)發(fā)中所用到的藍(lán)牙設(shè)備，