基于Android的便携式健康监测系统——Android系统开发毕业设计(61页).doc
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1、-基于Android的便携式健康监测系统Android系统开发毕业设计-第 53 页LANZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY毕业设计题 目 基于Android的便携式健康监测系统Android系统开发 学生姓名 黄亮 学 号 11250309 专业班级 通信2011级3班 指导教师 蔺莹 学 院 计算机与通信 答辩日期 2015年6月16日基于Android的便携式健康监测系统Android系统开发Portable health monitoring system based on Android platform-Development on Android syst
2、em黄亮11250309Huang Liang摘要随着移动互联网的迅速发展,利用便携终端监测人体健康状态成为一种愈发可行的医疗手段。本设计针对此问题提出了一套切实可行的设计方案,设计中首先通过脉搏传感器采集到人体的脉搏信号,然后借由蓝牙以无线形式发送给Android终端,同时在Android下提取蓝牙信号,以及实现数据的读取与存储,并以接收到的数据实时绘制波形,最终通过对波形的处理分析可得出测试者当前的心率,并对测试者当前的健康状态作出简单的评测和建议。本设计的数据来源为光电脉搏传感器,是通过透光性检测血液浓度变化并以光强度的变化引起的电压变化作为数据传出;此数据经蓝牙开发板处理为数字信号,并
3、由蓝牙形式不断广播;在Android下开发的应用通过开启设备的蓝牙功能搜索到广播的蓝牙信号,通过协议建立连接并获取数据服务,实时接收采集的脉搏信号;应用对采集的数据进行算法处理,存入文本文件,并在图表中给出实时的波形图;通过分析此波形,应用可计算出测试者当前的心率,并由心率对测试者的健康状况作初步的判断。其他功能诸如注册功能,静态显示等也可通过在应用中添加相应代码实现,目的是通过保证数据的准确性和添加必要的功能,丰富并完善应用,使之可以广泛使用。关键词:脉搏;蓝牙;Android;波形;健康AbstractAlong with rapid development of Mobile Inter
4、net,monitoring the health status by portable terminal, becomes a more feasible choice of medical treatment.This design put foward an available scheme aimed at the problem.In the design,first of all,collecting human pulse signal by pulse sensor , then send it to the android terminal by bluetooth as w
5、ireless form,extract the signal from bluetooth on Android system, realizes the data read and data store, and then draw the real-time waveform according to received data, the current heart rate could be obtained through the handling of waveform analysis and testing, finally we learn on the current he
6、alth status of the tester and make a simple review and advice.The datas for the design collected by photoelectric pulse sensor, the pluse sensor works by the transmission of light,to detect the change of blood concentration with the change of light intensity, result in voltage changing. The data con
7、verted to the digital signal on the bluetooth development board,and broadcast constantly .The application on the android could start bluetooth of the equipment and gained the broadcasting bluetooth signal, then established a connection and access to data services, received the pulse signal in real-t
8、ime state. The data would be processed by algorithm in application, saved in the text file, and real-time waveform is given in the chart on the view of screen.Aanalyzing the wave form, the application could calculate the current heart rate of tester, and then application could show the the healthy c
9、ondition 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
10、can be widely used.Key words:pluse;bluetooth;Android;waveform;health目录第一章 绪论11.1移动医疗的背景11.2设计的意义与目的21.3设计的内容和功能实现21.4设计的可行方案31.4.1 Matlab+压电传感器31.4.2 Android应用+光电传感器3第二章 硬件设计42.1 Android硬件平台42.1.1模拟器Genymotion42.1.2智能手机62.2蓝牙开发平台82.2.1 蓝牙4.0 BLE简介82.2.2 开发板CC254x82.3心率传感器92.3.1压电传感器92.3.2光电传感器10第三章
11、软件设计123.1软件整体结构123.1.1软件功能说明123.1.2整体流程说明133.2各功能模块设计133.2.1蓝牙传输模块133.2.2数据接收模块163.2.3数据处理模块173.2.4图表显示模块193.2.5界面布局213.2.6注册模块223.2.7设置模块25第四章 运行及测试274.1运行效果274.1.1测试与咨询274.1.2注册及设置304.2技术难点334.2.1硬件难点334.2.2软件难点34总结38参考文献39附录一 外文文献翻译40附录二 程序源代码63致谢70第一章 绪论1.1移动医疗的背景移动医疗,国际医疗卫生会员组织HIMSS给出的定义为,mHeal
12、th,就是通过使用移动通信技术例如PDA、移动电话和卫星通信来提供医疗服务和信息,具体到移动互联网领域,则以基于安卓和iOS等移动终端系统的医疗健康类App应用为主。它为发展中国家的医疗卫生服务提供了一种有效方法,在医疗人力资源短缺的情况下,通过移动医疗可解决发展中国家的医疗问题1。随着时下智能手机的普及,如何利用便携的智能手机辅助移动医疗监测,成为一个新兴的热门话题,在医学,IT领域掀起一股“移动医疗”的潮流2。就时代科技背景而言,一切与便民服务相关的工作最终都将被“移动”,成为一股股“移动XX”潮流,而“移动医疗”恰恰是其中的一种,也是相当重要的一种。眼观当下,衣,可以在“淘宝”手机客户端
13、直接购买,食,可以在“大众点评”中获得有利信息,行,可以在“百度地图”“携程旅行”中随时得知路况或踩点,住,可以在“58同城”中查看租房买房信息可以预见的是,医疗和教育将来也必会在移动互联网中大放异彩,然后成为生活中耳熟能详的一部分。当下移动医疗才刚刚起步,其应用模式中大多都是借助相应的传感器(例如红外,压电,光电等)来采集医疗信号,实现的功能也以信号显示为主,而智能手机作为拥有高速的数据传输能力和强大数据处理能力的便携终端设备,可以作为医疗传感器信号的移动接收和中转平台,甚至成为最终的处理平台。智能手机可以通过蓝牙、Wifi等方式和外设进行无线连接,基于此,可将便携传感器获得的数据以无线方式
14、发送给智能手机,智能手机把医疗数据通过WiFi、Internet等方式与服务器完成通信。这有利于扩大数据采集、健康监护的应用范围,使得人们可以在携带一些传感器的情况下,比较灵活地实现远程数据采集、医疗监护3。随着谷歌眼镜、智能手表等智能消费终端的推出,一股由可穿戴设备掀起的科技浪潮正试图开启物联网2.0时代的大门。相较于物联网1.0时代对传统行业的信息化模式,由可穿戴医疗设备带动的物联网2.0时代,正在致力于突破孤岛,实现各种应用的互联。而在亚健康和个性化健康管理的观念日益普及下,可穿戴设备也在成为唤醒医疗物联网2.0的潮流先锋4。目前大型应用市场中已经涌现了一批用于简单医疗的App应用,有根
15、据输入的参数(如身高,体重)判断体型是否合格的,有一些日常健康指导的(比如预防传染病或感冒的常识),还有和硬件设备结合开发的计步器(用于跑步时),用于调整生物钟的睡眠闹钟,测心率的心率应用但是也明显表明,在不配合硬件的情况下,仅仅软件是无法完成太多测试的,也无法提供用户太多有用的信息或数据。如果在未来,医用设备能够便携化,就代表着移植到智能设备中的可能性很大,也就意味着,那是一个带着手机就能随时随地检测身体健康状态的时代,一个真正的移动医疗时代。1.2设计的意义与目的脉搏即体表可触摸到的动脉搏动。当大量血液进入动脉将使动脉压力变大而使血管直径扩张,在体表较浅处动脉即可感受到此扩张,即所谓的脉搏
16、。中医将脉搏变化作为治病的主要手段,称为“切脉”。测量脉搏是病人必须检查的一个项目,通过脉搏的测量可以知道很多信息,这也成为了一个切入点:如果可以实时测量脉搏,那么就意味着可以实时通过脉搏了解病人的大致状况。以此推导,如果手机应用能够实时测量脉搏,那么只要有手机的用户都可以测量自己的脉搏pluse wave5,并通过其测量的数据得到有用的信息。传统模式下,测量脉搏由专用的医用设备或有专业经验的医师完成,在日常生活中非专业人士也不能准确测量自己的脉搏,更难说察觉脉搏的起伏变化,这也是医疗不能深入日常生活的最主要原因。本设计则充分利用手机的无线通信功能,使用传感器采集脉搏信号,通过手机蓝牙接收信号
17、,将智能手机变成一个“医疗设备”(Medical Equipment6)。相对于传统模式下,采集的医疗数据需要上传到专门的服务器进行分析,移动医疗模式下,智能手机完全可以实现在手机本地对数据进行智能分析。利用智能的计算能力,处理采集的脉搏数据,并得出测量结果,用户可以在更短时间内看到数据分析结果和相关的健康建议,也避免了时间的浪费。而随着智能手机性能的迅速提高,在本地进行复杂医疗数据的处理将会愈加具有可行性。1.3设计的内容和功能实现设计的主要内容是开发一个Android应用,以蓝牙的形式接收传感器采集的脉搏信号,并将信号数据绘成波形反馈给用户,并根据数据分析为用户做初步诊断,并给出简单的健康
18、建议;在此基础上,对应用功能进行扩展,如存下信号数据以供有需要的用户自行查看分析,力求更方便地服务于用户。本设计主要是软件上的功能,因此以实现软件功能为核心。软件功能主要分蓝牙模块,数据传输模块,数据处理模块和绘图模块。蓝牙模块负责通过蓝牙通信协议检测周围匹配的蓝牙设备(BLE设备),并显示到应用界面中以供用户选择,用户选择点击之后可以开启蓝牙数据传输服务。数据传输模块承接蓝牙模块,开启蓝牙传输服务之后,程序会自动接收传输过来的数据并拟进行二次处理。数据处理模块即在传输的数据基础上,对其数据进行一系列算法处理,可将数据存入文件,也可用于绘图。绘图模块是建立在Android下AChartEngi
19、ne绘图引擎的基础的,此处将已经处理的数据通过曲线图的方式在图表中绘制出来,并实时更新显示。1.4设计的可行方案设计主体在于通过特有的传感器脉搏信号,经由一定的传输手段传至某个智能平台,并由智能平台上的一个处理软件对接收到的信号进行数据化,并加以图形描绘。经过前期的调研和准备,本设计之初需要以下设备和方案。 脉搏传感器,采集脉搏信号 信号发送器,将信号发送出来 信号接收器,接收信号 处理器,将信号进行数据处理 绘图器,将数据绘成波形图 分析器,将波形做算法分析 显示器,将分析的结果反馈给用户以此判断,其中只要有一个环节不同,就会产生不同的实施方案,信号的发射和接收任务在本设计中均采用蓝牙承载,
20、其他环节中影响最大的就是脉搏传感器和处理器,这两个环节的不同会使整个设计有不同的实施方案。传感器和传输手段的不同产生了两个不同的实施方案,一是通过有线传输压电传感器采集的脉搏数据,另一个是通过蓝牙传输光电传感器采集的脉搏数据。1.4.1 Matlab+压电传感器本设计早期使用压电脉搏传感器,通过USB接口连接电脑,利用压敏电阻的特性将手腕脉搏跳动的起伏值模拟为传感器反应出的电压值,并以Matlab串口读取作为软件处理方案,用Matlab将压电传感器传出的电压值绘成波形图。问题在于压电传感器过于灵敏,且受干扰较大,测出的波形噪声信号难以处理,故而进度缓慢。1.4.2 Android应用+光电传感
21、器由于Android系统的移植性强,装载Android系统的设备越来越多且便携性大大提高,计划将此软件移植到Android平台中,利用光电传感器和相应的蓝牙开发板,将传感器采集到的脉搏信号传输通过蓝牙的形式传输到智能设备中,并利用Android下较为流行的图表引擎AChartEngine绘制相应的波形。问题在于光电传感器所配套的蓝牙开发板属于蓝牙4.0 BLE设备,只有Android4.3以上的系统和装载了BLE 的智能设备才能检测到,不过随着手机的更新换代,应该会具有更好的兼容性。第二章 硬件设计2.1 Android硬件平台Android系统需要相应的硬件平台支持,并且由于蓝牙4.0 BL
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