基于Android和WIFI的無線體征信息監(jiān)測系統(tǒng)

基于Android和WIFI的無線體征信息監(jiān)測系統(tǒng)摘要：介紹一款采用無線WIFI傳輸?shù)谋銛y式體征信息監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用STC89S52單片機(jī)及DS18B20溫度傳感器、HK2000B型壓電式脈搏傳感器等模塊采集生理體征信息，通過HLK—WIFIM03進(jìn)行無線傳輸，結(jié)合用戶Android設(shè)備終端進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示及反饋。采用人機(jī)友好交互界面進(jìn)行體征信息管理，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程體征信息監(jiān)測、分析、警報等功能，具有低功耗、使用方便、操作簡單等特點，應(yīng)用前景廣闊。關(guān)鍵詞：體征參數(shù)；WIFI；Android；監(jiān)測系統(tǒng)隨著時代的發(fā)展，人們開始越發(fā)地關(guān)注自身和家人的健康保健問題，然而目前市場上已有的針對個別生命體征的監(jiān)測儀器，由于其普遍操作繁瑣，專業(yè)性過強(qiáng)，信息顯示單一及針對性不強(qiáng)等特點，始終無法在市場中得到推廣。在此介紹一款基于智能系統(tǒng)，簡約便利，具有低功耗、使用方便、操作簡單等特點的生命體征監(jiān)測系統(tǒng)。此款監(jiān)測系統(tǒng)在集成實時監(jiān)測體溫脈搏等多項生命體征的同時，結(jié)合當(dāng)下快速普及的Android智能系統(tǒng)，將最大化減少使用者的操作過程。用戶僅需通過簡單設(shè)置便可通過智能軟件在隨身設(shè)備上直觀地實現(xiàn)對多項生命體征信息的實時動態(tài)，抑或間隔性監(jiān)測，又可針對設(shè)定值對超標(biāo)體征進(jìn)行報警。同時，智能終端軟件還可針對數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化整理，建立個人體征信息數(shù)據(jù)庫，針對個體情況作出分析，對個人健康提出合理化建議。1總體結(jié)構(gòu)與工作原理系統(tǒng)基于安全、可靠，使用方便、經(jīng)濟(jì)等原則，采用模塊化設(shè)計思想。采集部分基于STC89S52單片機(jī)為核心，運用溫度傳感器DS18B20、HK2000B型壓電式脈搏傳感器等模塊采集生理體征信息，經(jīng)過濾波放大，數(shù)字化處理后由HLKWIFIM03模塊通過無線傳輸至服務(wù)器，而后推送至用戶終端進(jìn)行顯示。系統(tǒng)總體原理框圖如圖1所示。STC89S52控制痕元2系統(tǒng)設(shè)計2.1硬件電路設(shè)計2.1.1脈搏檢測模塊設(shè)計心室周期性的收縮和舒張導(dǎo)致主動脈的收縮和舒張,使血流壓力以波的形式從主動脈根部開始沿著整個動脈系統(tǒng)傳播，這種波稱為脈搏波。脈搏波所呈現(xiàn)出的形態(tài)、強(qiáng)度、速率和節(jié)律等方面的綜合信息，很大程度上反映出入體心血管系統(tǒng)中許多生理病理的血流特征?？紤]到產(chǎn)品價格和所需精度的要求，本模塊選擇了合肥華科電子技術(shù)研究所研制開發(fā)的基于聚偏氟乙烯壓電膜的HK-2000B型集成化脈搏傳感器，它采用高度集成化工藝將力敏元件（PVDF壓電膜）、靈敏度溫度補(bǔ)償元件、感溫元件、信號調(diào)理電路集成在傳感器內(nèi)。壓電

式原理采集信號，模擬信號輸出，輸出完整的脈搏波電壓信號，該產(chǎn)品主要應(yīng)用于無創(chuàng)心血管功能檢測、妊高征檢測、中醫(yī)脈象診斷等。脈搏采集部分主要構(gòu)成如圖2所示。脈搏傳感器輸出的模擬信號電壓范圍是-0.1?0.6V,為消除負(fù)號，滿足后級單端輸入A/D轉(zhuǎn)換器的需要，設(shè)計了電壓抬升電路如圖3所示。IN?Ui.NPU.t-+$￥理jjIN?Ui.NPU.t-經(jīng)傳感器輸出的脈搏信號頻率很低，極容易引入干擾，這些干擾有來自50Hz的工頻干擾，有來自肌體抖動、精神緊張帶來的假象信號等。由于人的脈搏頻率在0.1?70Hz之間，為了不把有效的信號過濾掉，將低通濾波器的截止頻率設(shè)為100Hz，濾除系統(tǒng)的干擾，包括電壓抬升引入的干擾以及工頻干擾等，并把信號傳輸?shù)紸/D轉(zhuǎn)換器中為下一步的模數(shù)轉(zhuǎn)換做準(zhǔn)備。MAX187是12位逐次逼近式串行A/D轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換速度快，耗電量少。與單片機(jī)連接時采用3線接口的數(shù)據(jù)串行方式，MAX187與STC89S52單片機(jī)的接口電路如圖4所示。VCCAU*HAX187lJU*HAX187蠱勰VDDSCLItkvr/cs/SHEWBCinjftEF命M蠱勰STC89S52的P3.0、P3.1、P3.2腳分別與MAX187的SCLK、CS、DOUT端連接，通過控制MAX187的串口時序，完成A/D連續(xù)轉(zhuǎn)換的讀寫操作。電源需要進(jìn)行去耦合處理，典型接法是用一個4.7pF電容和一個0.1pF電容并聯(lián)。當(dāng)使用內(nèi)部4.096V參考電壓方式時，4腳接一個4.7pF的退耦電容。此時輸入模擬信號的電壓范圍為0?4.096V,如果模擬輸入電壓不在這個范圍要外加電路進(jìn)行電壓范圍的變換。2.1.2體溫檢測模塊設(shè)計體溫模塊選用DALLAS公司生產(chǎn)的單總線式數(shù)字溫度傳感器DS18B20,它體積小，便于貼身式檢測，輸出為數(shù)字量，使用方便。測量溫度范圍為-55?+125°C?？捎贸绦蛟O(shè)定為9?12位的分辨率。當(dāng)分辨率設(shè)置為12位時，轉(zhuǎn)換精度為±0.0625C。與單片機(jī)的連接電路如圖5所示。DS18B20的內(nèi)部存儲器分為兩部分，一部分是包含8個連續(xù)字節(jié)的高速暫存RAM。溫度信息存放在前2個字節(jié)，其中溫度的低八位存放在第1個字節(jié)，高八位存放在第2個字節(jié)。TH、TL的易失性拷貝分別存放在第3、4個字節(jié)，結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝存放在第5個字節(jié)，這3個字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復(fù)位時都會被刷新。第6、7、8個字節(jié)用于內(nèi)部計算。第9個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)。另一部分是存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL以及結(jié)構(gòu)寄存器的非易失性的、電可擦除的E2R0M。DS18B20可以通過程序設(shè)置最高和最低報警溫度TH和耵TL,實現(xiàn)對溫度的越線報警控制。每次對DS18B20進(jìn)行讀寫之操作前都要先進(jìn)行復(fù)位（即初始化），復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后再發(fā)送RAM指令。2.1.3WIFI無線傳輸模塊無線傳輸模塊部分我們采用的是海凌科（香港）有限公司推出的全新的第3代嵌人式Uart—Wifi模塊HLK—WIFI—M03（圖6所示）。Uart—Wifi是基于Uart接口的符合wifi無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式模塊，內(nèi)置無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IEEE802.11協(xié)議棧以及TCP/IP協(xié)議棧，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶串口數(shù)據(jù)到無線網(wǎng)絡(luò)之間的轉(zhuǎn)換。5針：VDD接3.3V電源；8針：GND接地；6針：RXD接單片機(jī)TXD；7針：TXD接單片機(jī)RXD首先，將WiFi模塊設(shè)置為透明傳輸模式，加入AP所在的局域網(wǎng)并與網(wǎng)內(nèi)服務(wù)器建立socket連接，此時socket可以看作通信雙方的“虛擬導(dǎo)線”。采集的體征信息可直接通過此“虛擬導(dǎo)線”透傳至服務(wù)器。在服務(wù)器建立的軟件可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行整合與分析，若出現(xiàn)越限情況，則服務(wù)器立即通過Internet將報警信號及用戶體征信息發(fā)送至用戶家人的手機(jī)或其他移動設(shè)備，同時可以將報警信息發(fā)送至醫(yī)院，以便對病人進(jìn)行急救。2.2軟件設(shè)計系統(tǒng)在用戶終端上我們選用Android智能系統(tǒng)作為應(yīng)用平臺0Android是由谷歌(Google)和開放手機(jī)聯(lián)盟(OpenHandsetAlliance)支持的一個手機(jī)軟件開發(fā)平臺，支持多種無線網(wǎng)絡(luò)連接方式，如GPRS、WiFi、藍(lán)牙等。通過這些方式，Android手機(jī)可以方便地通過無線網(wǎng)絡(luò)通信，訪問Internet和各種網(wǎng)絡(luò)上的服務(wù)器。同時Android框架提供了對HTTP等通訊協(xié)議的支持。Android應(yīng)用程序是以許多AndroidAPI組件為基礎(chǔ)進(jìn)行開發(fā)的，下面是幾種主要的API組件：當(dāng)前活動程序Activity是最常用的應(yīng)用程序組件，可以把Activity簡單的理解成一個用戶所看到的屏幕，稱之為“活動”。它主要用于處理程序的整體性工作，通過調(diào)用onCreate()、onStart()、onRestart()、onResume()、onStop()、onDestory()等方法來實現(xiàn)運行、暫停、停止等狀態(tài)。例如監(jiān)聽按鍵、觸摸屏等事件，指定圖像顯示View，啟動其他Activitv°Android用Intent類實現(xiàn)啟動其他Activily,它調(diào)用startActivity(myIntent)方法觸發(fā)解析myIntent動作，新的Activity接收到myIntent通知后，開始運行，例如通過Activity的切換實現(xiàn)顯示布局的切換。ContentProvider類是一個特殊的存儲數(shù)據(jù)的類型，它實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的存儲與共享oService是運行在后臺的應(yīng)用程序組件，不直接與用戶交互。當(dāng)前活動程序可以使用Context.StartService()開啟一項后臺服務(wù)，還可以通過Context.bindService()與后臺服務(wù)通信。在Android的Java程序中，實現(xiàn)人機(jī)交互的控件是通過事件處理的，需要指定控件所用的事件監(jiān)聽器。事件響應(yīng)部分代碼如下：publicclassCarCoiUndlrrextcmlsAtJirily(…川變童聲明publicvoirl)[htnl^fl=(;blulxll■卿10nCIi<rkl.iRnlkm.OnC!ickIJsl('ner()腫謖瓷益聽轟pt]hli{:voidtmCIick(Vievv)(Left()注事杵處理電呂麗3系統(tǒng)調(diào)試首先對WIFI模塊進(jìn)行參數(shù)配置，使其工作于透明傳輸模式，隨時進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。通過單片機(jī)對串口的寫操作命令將數(shù)據(jù)通過無線傳輸在手機(jī)界面上顯示出來。然后對脈搏進(jìn)行校準(zhǔn)，將系統(tǒng)測得的人體脈搏數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)脈搏計測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,結(jié)果表明兩者誤差在±5Hzo最后進(jìn)行體溫的測試，通過對軟件、硬件的調(diào)試。在顯示界面得到一個溫度數(shù)據(jù)，然后和標(biāo)準(zhǔn)體溫計測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，結(jié)果表明兩者差異在土0.1°C。設(shè)定體溫高低閾值分別為38C、35C，當(dāng)給定的測試溫度為小于35C或大于38C時，用戶手機(jī)會自動彈出報警提示界面。體溫采集顯示如圖6所示，橫軸為軟件運行時間，縱軸為體溫值。

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