基于Android智能的健康监测系统设计与实现

王宝珠，刘 振，郭志涛

(河北工业大学 电子信息工程学院，天津 300401)

基于Android智能的健康监测系统设计与实现

王宝珠，刘 振，郭志涛

(河北工业大学 电子信息工程学院，天津 300401)

针对传统健康监测系统的体征参数采集过程繁琐、获取不便、显示单一等缺点，开发基于安卓智能终端的人体参数智能监测系统，并对此种解决方案做可行性分析。系统通过穿戴在身体上的各传感器采集相应的体征信息，并通过传感器的蓝牙无线通信模块，采用蓝牙一主多从的组网方式，将数据发送至安卓智能端集中处理并显示。实验结果表明：它能够将传感器采集到的体征信息实时发送至安卓智能端，以更人性化、更友好的界面展现在用户面前。系统框架良好，设计成本更低，组网更方便，有效地弥补了传统人体体征参数采集系统的不足。

无线体域网；蓝牙；安卓；健康监测

1 无线体域网

近年来，无线网络技术、微电子集成技术和传感器技术飞速发展[1-2]，可穿戴、便携式健康监测系统(Wearable Portable Health Monitoring System)逐渐成为国际上的研究热点。无线体域网(Wireless Body Area Network，WBAN)的深入研究则无疑为该系统的实现提供了最佳的平台解决方案。人体健康体征参数信息的采集在健康医疗领域有着非凡的作用和意义。目前，它已越来越多的应用到我国许多医疗系统中[3]。传统的人体体征参数采集系统往往是各信息采集传感器、无线通信模块与PC等医疗终端建立连接、组网[4]，将各传感器采集到的人体体征信息经由无线传输网络(包括蓝牙、WiFi、Zigbee等)发送到PC医疗终端[5]，再经Internet进行信息共享，组网复杂、过程繁琐、反应滞后，个人无法实时掌握自己的健康参数信息，更无法依据这些健康信息及时对用户实施有效的救治或健康病变防御措施。

随着无线通信技术和安卓智能终端的日益发展，新一代健康监测系统有了更优秀的解决方案[6]。基于安卓智能终端组网具有设计成本更低，组网更方便，以及更友好的人机交互和便捷的使用体验等特点。测试结果表明：它能够将传感器采集到的人体体征信息实时发送至安卓智能端，速度几乎同时同步，对于人体参数智能监测领域实时传输数据的要求具有重要的参考价值，并能以较完美的界面展现在用户面前，且满足了便携移动、方便智能的需要。

2 系统功能概述

系统对人体的健康体征参数(包括体温、脉搏、血压、血氧饱和度等)信息分别利用相应的传感器进行采集，并将采集到的信息经由蓝牙硬件通信模块实时发送至安卓智能终端。

安卓手机端对采集到的各体征信息先进行简单分类显示，使用户可以在同一界面掌握所有健康信息，并且对不同体征信息设计详细显示界面，使用户可以准确掌握某一特定信息当前时间的变化情况。同时，可预留系统短信接口，将健康信息经短信或Internet实现共享或发送至PC医疗终端，以便实现对用户健康信息的汇总观察管理，并据实际情况进行诊断，对用户实施有效的救治或健康病变防御措施。

3 系统设计与实现

3.1 系统整体设计

健康监测系统整体框架如图1所示，系统由底层硬件端和上层安卓软件端组成，硬件端采集信息，经蓝牙通信方式发送信息至手机端APP。

安卓端软件设计采用功能模块化方式，总程序分为各个独立的子模块，各子模块完成各自相应的功能，由主程序据情况统一调度，以便于调试程序，也利于程序的修改、移植以及实现功能扩展。

各子模块主要包括：初始化模块；程序运行模式模块；蓝牙连接及切换模块；底层信息获取模块；界面信息显示模块以及定时器中断等。

系统主程序统一调度各个不同的功能模块，以实现系统的稳定高效运行。主程序首先进行系统的初始化操作和自检，如无故障则首先选择程序运行模式(默认为自动运行模式)，同时初始化蓝牙连接和蓝牙切换模块，扫描周围蓝牙装置，依次进行配对连接，连接成功之后，向当前连接装置发送指令，此时远程硬件模块将传感器采集到的信息经蓝牙通信模块发至安卓手机端，手机端对接收信息处理、分类，在布局界面相应位置进行集中显示，并根据用户要求来显示信息详情。主程序流程图如图2所示。

图2 主程序流程图

3.2 运行模式设计

选择软件运行模式是极为关键的一步，选择合适的运行模式，可以使用户更方便、更快捷地查看自己的健康信息。

进入软件后，首先选择软件获取系统底层信息的运作方式，这里默认为自动连接方式。当点按模式选择按钮，将当前运行模式设为自动连接后，用户无需再次操作，程序会自动访问远程端蓝牙装置，首先连接体温信息采集板，成功获取体温信息后，会自动切断当前所连接蓝牙，并向下一个远程蓝牙装置——血压信息采集板发送握手信息，成功连接后，自动获取血压信息，再次断开当前所连接蓝牙，并向下一个蓝牙装置发送握手信息，依次连接，循环往复，从而使用户能够极为方便的查看所有健康信息。

考虑到实际使用情况，系统同时设计手动连接方式，在手动连接模式中，软件并不主动连接远程蓝牙装置，而是由个体自己操作来选择具体连接远程哪个蓝牙装置(温度模块、脉搏模块、心律模块或血压模块)，这样的优点是能够更快捷、更高效地获取用户当前最想查看的某一特定健康信息。

3.3 蓝牙连接及远程端蓝牙切换

此模块为系统安卓端软件的最重要部分，调试、优化、完善好此部分内容，才能使整个软件更流畅无误的接收来自远程信息采集板发送的信息，从而使下一步的信息获取和信息显示成为可能。

首先，在选择好运行模式后，软件会初始化本地蓝牙设备，同时分别创建两个意图过滤器，用以过滤接收查询与完成的动作和搜索完成的广播操作。此时，如是在手动模式下(自动模式下，以下操作实现均由软件自行完成)，在程序运行之初生命周期onStart( )即运行一个新的意图，以启动本地蓝牙适配器。

其次，点击软件中相应连接按钮，给定预连接蓝牙地址，本地蓝牙适配器启动蓝牙搜寻：BluetoothAdapter.startDiscovery( )。

第三，程序调用蓝牙固定通用唯一识别码UUID (Universally Unique Identifier)，以实现蓝牙的连接。

第四，蓝牙连接成功之后，进行远程端信息获取工作，详细步骤将在后面信息获取模块进行详细阐述。

第五，点击断开按钮(自动模式下由程序定时器实现)，关闭蓝牙，socket.close( )，即断开当前蓝牙连接。

第六，本地蓝牙适配器继续搜寻远程端下一个蓝牙装置，并进行连接，然后获取信息，以此循环往复。整个运行流程如图3所示。

图3 蓝牙连接与切换流程图

3.4 硬件设计及底层信息获取

底层体征信息采集传感器主要包括体温传感器TMP112、脉搏传感器HKG-78和血压传感器US9111。

信息采集模块利用各体征传感器采集信息，并通过单片机的A/D通道进行转化和处理。课题中主要利用MSP430F149的序列通道单次转换模式(也可以通过设置A/D转换的寄存器实现序列通道多次转换模式的切换)。通过对定时器A的操作，实现对数据采集时间间隔的设置。定时器A中断到来时，先停止A/D转换，然后读取A/D采集到的数据，读取完毕后再启动A/D转换，若成功取出数据，则以设置标志位的方式告知主程序成功获取数据，该模块的工作流程如图4所示。

图4 体征信息模拟量采集流程图

底层信息采集板首先启动I2C总线，对传感器(如TMP112温度传感器)写初始化，依次发送器件从地址(写指令)、温度寄存器子地址、器件从地址(读指令)，从而实现底层信息采集板对信息的获取，如图5所示。

图5 体征信息采集流程图示例(温度)

安卓智能端软件在蓝牙连接成功之后，即进行信息的获取。首先点击相应信息的获取按钮，判断当前蓝牙连接状态，若当前蓝牙地址不是规定的蓝牙地址，则断开重新搜索，若当前连接蓝牙是规定的蓝牙地址，则判断Socket是否为空，若非空则通过调用socket.getInputStream( )获取远程端发来的信息，程序中设置信息为8位。

图6 安卓端软件获取体征信息流程图

如图6所示，程序从Socket中获取输出流，创建一个写输出流， 用BufferedWriter将其包裹起来，用以缓冲输出，用PrintWriter在写入同时对写入的数据进行格式化，输出message调用flush( )方法，把缓冲区的数据强行输出，从而实现对远程端的写指令操作。远程端接收后，会将采集到的信息发送至手机端，安卓软件端建立定时器任务，100 ms获取一次底层信息，以实现信息的实时更新。

4 软件操作与实验验证

界面编写采用简洁明了的风格，在体征信息主显示界面，更简洁人性化的将软件所有操作命令及显示信息集中显示。如图7所示，进入软件，首先是初始引导界面，3 s后进入主显示界面，此时如手机未打开蓝牙，软件会启动权限提醒打开蓝牙。点击按钮选择“是”，软件会打开蓝牙。此时正式进入主显示界面，包括运行模式选择、手动连接模式下各相应传感器连接按钮、断开当前连接按钮、信息获取按钮均在主显示界面一一秩序呈现，如图8所示。

图7 初始界面到主界面(截图)

软件设计自动模式为主模式，进入软件后，在自动模式下，软件会控制手机搜寻远程端温度信息采集板的蓝牙通信模块，并建立连接，软件会提示连接成功。此时，远程端温度信息采集板采集到的温度信息会自动显示在温度信息显示框内，温度信息获取成功。同时程序内部计时器会控制当前连接蓝牙断开，以断开当前连接，软件进入下一项信息的采集、显示环节。

当前蓝牙连接断开后(手动模式下可点击断开按钮实现断开)，继续获取下一项体征信息，例如获取用户血压信息，

图8 主界面及体温信息显示示例(截图)

软件控制手机连接远程端血压信息采集板的蓝牙通信模块，以获取血压信息，如图9所示。同时软件设计详情显示功能，可以使用户观察到最近时间的体征信息变化，从而对自己的身体情况更直观、具体的了解掌握，如图10所示。

图9 多信息集中显示(截图)

t/s图10 详情显示界面示例(温度)

如上所述，自动连接模式下，用户点击进入自动模式后，无需再次操作，简便、人性，同时，如前所述，软件设计手动模式，用户可以通过点按相应按钮，更快捷、高效率地获取用户当前最想获取的特定体征信息，用户可以根据自己的具体情况要求来选择相应的模式。

5 结束语

无线体域网这个概念已经被提出来多年，然而近些年才在健康监测、智能医疗相关领域迅速发展，各种硬件传感器也不断涌现[7]。本文研究了一种基于Android智能平台、以蓝牙无线通信技术为核心的健康监测系统的解决方案。测试结果表现良好，较完善地实现了人体体征信息从采集到显示的各项要求。

此系统Android智能端用户显示界面后续仍可进行优化、改良，使得软件更加易用、简便，界面也更美观，同时还可为此系统继续添加其他信息传感器，扩展系统功能。由于医疗设备的规格不同，没有统一的实行标准[8]，此系统在实际应用时，还需视具体情况要求稍做修改、调试。

[1] 薛玉玺. 基于加速度传感器的人体姿态识别系统研究[D]. 石家庄：河北科技大学， 2014.

[2] 张瑞卿. 基于Android手机客户端的中央空调远程数据监控系统研究[D]. 厦门：厦门大学， 2014.

[3] GROVER J. Android forensics：automated data collection and reporting from a mobile device[J]. Digital Investigation， 2013， 10(8)：12-20.

[4] 张鹏， 严孝祥. 基于Android平台的心电远程监护系统的实现[J]. 物联网技术， 2015 (4)：56-58.

[5] ESPADA J P， DíAZ V G， CRESPO R G， et al. Using extended web technologies to develop Bluetooth multi-platform mobile applications for interact with smart things[J]. Information Fusion， 2015， 21(21)：30-41.

[6] QUWAIDER M， JARARWEH Y. Cloudlet-based efficient data collection in wireless body area networks[J]. Simulation Modelling Practice & Theory，2015(5)：57-71.

[7] 吴琼.安卓平台下医疗传感器系统的研究[J]. 电子技术与软件工程，2015(6)：128-128.

[8] 季磊，郭旭，施华宇.移动医疗终端通信系统的设计与实现[J]. 中国医疗器械杂志，2013(1)：37-39.

王宝珠(1962— )，女，硕士生导师，教授，主要研究方向为信息检测、图像处理、多媒体通信等；

刘 振(1989— )，硕士生，主研数字信号处理理论与应用；

郭志涛(1979— )，硕士生导师，副教授，主要研究方向为物联网、射频识别、嵌入式系统。

责任编辑：时 雯

Design and Implementation of Health Monitoring System Based on Android Smart

WANG Baozhu，LIU Zhen，GUO Zhitao

(SchoolofElectronicsInformationEngineering，HebeiUniversityofTechnology，Tianjin300401，China)

In view of traditional health monitoring system has tedious gathering process， inconvenient gaining and sole demonstration， an intelligent monitoring system of anthropometric parameters which based on android smart terminal is developed， and the feasibility analysis to it is made as well. This system through the various sensors dressing on body gathering corresponding symptom information. In addition， it through using Bluetooth wireless communication module and a multiple slaves networking of Bluetooth master， sending data to Android smart terminal so that it can be processed intensively and displayed. The experimental result indicated that it is able to send signs information gathering by sensors to Android smartphones， for case of bringing more humanized and friendly interface to the users. Favorable framework， lower design costs and more convenient networking compensate for the deficiencies of traditional health monitor system effectively.

WBAN； bluetooth； Android； health monitoring

TP311.5

A

10.16280/j.videoe.2015.24.007

2015-07-21