【正文】 pulse signal in realtime state. The data would be processed by algorithm in application, saved in the text file, and realtime waveform is given in the chart on the view of the wave form, the application could calculate the current heart rate of tester, and then application could show the the healthy condition of the tester according to the heart rate . Other functions such as registration, and static display can be achieved by adding the corresponding code in the application,such approach ensure the accuracy of the data and add the necessary function, enrich and perfect the application, make it can be widely used. Key words:pluse。 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)算出測試者當(dāng)前的心率，并由心率對測試者的健康狀況作初步的判斷。 LANZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 畢業(yè)設(shè)計(jì) 題 目 基于 Android的便攜式健康監(jiān)測系統(tǒng) —— Android系統(tǒng)開發(fā) 學(xué)生姓名 黃亮 學(xué) 號(hào) 11250309 專業(yè)班級(jí) 通信 20xx 級(jí) 3 班 指導(dǎo)教師 藺瑩 學(xué) 院 計(jì)算機(jī)與通信 答辯日期 20xx 年 6 月 16 日 基于 Android 的便攜式健康監(jiān)測系統(tǒng) —— Android 系統(tǒng)開發(fā) Portable health monitoring system based on Android platform Development on Android system 黃亮 11250309 Huang Liang蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 摘要 隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，利用便攜終端監(jiān)測人體健康狀態(tài)成為一種愈發(fā)可行的醫(yī)療手段。本設(shè)計(jì)針對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，最終通過對波形的處理分析可得出測試者當(dāng)前的心率，并對測試者當(dāng)前的健康狀態(tài)作出簡單的評測和建議。其他功能諸如注冊功能，靜態(tài)顯示等也可通過在應(yīng)用中添加相應(yīng)代碼實(shí)現(xiàn)，目的是通過保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和添加必要的功能，豐富并完善應(yīng)用，使之可以廣泛使用。bluetooth。waveform。它為發(fā)展中國家的醫(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)展中國家的醫(yī)療問題 [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]。相較于物聯(lián)網(wǎng) 時(shí)代對傳統(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)。 目前大型應(yīng)用市場中已經(jīng)涌現(xiàn)了一批用于簡單醫(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)。 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)。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)測量脈搏，那么只要有手機(jī)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(shè)計(jì)則充分利用手機(jī)的無線通信功能，使用傳感器采集脈搏信號(hào)，通過手機(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)的內(nèi)容和功能實(shí)現(xiàn) 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是開發(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，并給出簡單的健康建議；在此基礎(chǔ)上，對應(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，開啟藍(lán)牙傳輸服務(wù)之后，程序會(huì)自動(dòng)接收傳輸過來的數(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)通過曲線圖的方式在圖表中繪制出來，并實(shí)時(shí)更新顯示。 經(jīng)過前期的調(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) 。 問題在于壓電傳感器過于靈敏，且受干擾較大 ，測出的波形噪聲信號(hào)難以處理，故而進(jìn)度緩慢。 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。 若不考慮藍(lán)牙， Wifi，以及傳感器相關(guān)的開發(fā)，那么 Genymotion 完全可以勝任開發(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。 圖 genymotion 和 emulator 的創(chuàng)建設(shè)備界面 另一方面， genymotion 的源碼包較為簡潔明了，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 安裝流程如下： ① 注冊 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 注冊需要通過其官方網(wǎng)址 系統(tǒng)環(huán)境，如圖 所示。 圖 genymotion 已經(jīng)創(chuàng)建好的系統(tǒng)環(huán)境 啟動(dòng)虛擬設(shè)備，可以看到界面與真實(shí)手機(jī)一般無二，如圖 所示。 圖 Eclipse 中檢測到的虛擬設(shè)備 至此， genymotion 虛擬的硬件開發(fā)環(huán)境已經(jīng)搭建完成。本次設(shè)計(jì)用到的智能手機(jī)為華為榮耀 4X，操作系統(tǒng)為 Android ，支持藍(lán)牙 BLE。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 。 圖 Android 設(shè)備調(diào)試驅(qū)動(dòng) 3) 安裝好驅(qū)動(dòng)，開發(fā)工具 Eclipse 切換至 DDMS 視圖， 此處表明 已經(jīng)檢測到了 Android 設(shè)備，如圖 所示。 藍(lán)牙 BLE 簡介 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)）。其主要特點(diǎn)如下： ? 國際藍(lán)牙聯(lián)盟 (BT－ SIG， TI 是企業(yè)成員之一 )通過的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙無線協(xié)議 ? 主要新特性是在藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)版本上添加了 藍(lán)牙規(guī)范（ 20xx 年 6 月） ? 針對無線應(yīng)用程序與低功耗，低延遲，小數(shù)據(jù)包的傳輸需求 ? 主要是圍繞手機(jī)和個(gè)人電腦系統(tǒng)，但也可用于其他應(yīng)用程序 ? 就單模而言，和經(jīng)典藍(lán)牙設(shè)備不兼容 藍(lán)牙 開發(fā)至少要做兩方面的準(zhǔn)備。 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。 CC254X 可提供低功耗睡眠模式，操作模式的轉(zhuǎn)換時(shí)間非常短，低至微秒級(jí)， 特別適合需要低功耗的系統(tǒng)。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。 因此，根據(jù)傳感器的敏感性質(zhì)不同，可分為兩部分介紹。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)。該產(chǎn)品可應(yīng)用于脈率檢測、無創(chuàng)心血管功能檢測、妊高征檢測、中醫(yī)脈象診斷等。在 PC 端“設(shè)備管理器”中可以看到相應(yīng)端口，如圖 所示。配以藍(lán)牙開發(fā)板 CC254x，連接之后可直接工作（程序代碼需自 行燒寫）。 以下為傳感器實(shí)物圖。此開發(fā)板的電源接口與調(diào)試接口為同一個(gè)接口，為 MiniUSB 接口，加電后配 以的顯示屏可以顯示相關(guān)數(shù)據(jù)，不過僅供以參考，如圖 所示； 圖 開發(fā)板工作示意圖 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 第三章 軟件設(shè)計(jì) 軟件的開發(fā)工作主要在 Android 平臺(tái)下進(jìn)行，使用以 Java 為主的編程語言進(jìn)行開發(fā)。 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。 由于藍(lán)牙 在 Android 系統(tǒng)及以上才有較好的底層支持，故而無論是模擬器還是真機(jī)都使用 Android 以上的系統(tǒng)才可調(diào)試涉及藍(lán)牙 的應(yīng)用，否則會(huì)出現(xiàn)亂碼數(shù)據(jù)或者無法開啟藍(lán)牙服務(wù)的現(xiàn)象。 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。 此處軟件中所謂的藍(lán)牙傳輸模塊，其實(shí)就是藍(lán)牙檢測模塊，以官方提供的藍(lán)牙基礎(chǔ)類BluetoothGatt，擴(kuò)展為 BluetoothLeClass，以提供藍(lán)牙協(xié)議等基礎(chǔ)通信服務(wù) [10]。 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)