基于嵌入式技术的人体局部代谢率检测系统研究*

陆为民 陈 刚 陈真诚*

基于嵌入式技术的人体局部代谢率检测系统研究*

陆为民①*陈 刚②陈真诚②*

目的：建立基于Android(安卓)智能系统的代谢率检测系统，实现生理参数从检测模块到智能手机的无线传输。方法：在生理参数检测端增加蓝牙传输模块，采集目标为人体指端，将采集到的生理参数发送至Android智能手机端，通过开发智能手机Apk应用程序，实现打开蓝牙、搜索设备等操作，并通过Socket连接，实现数据传输。同时手机端开发软件界面，实现代谢率数据的界面显示。结果：Android智能手机端接收蓝牙模块发送的代谢率检测数据，并将结果显示在手机屏幕，该系统利用蓝牙接口实现了人体生理参数信息的传输过程。结论：本研究立足于移动医疗检测系统，实现了人体多生理参数在Android系统中的蓝牙接口传输控制方法，其应用前景广泛。

安卓系统；蓝牙；代谢率检测；远程医疗

[First-author’s address] Chinese Armed Police Force(CAPF) Shanghai Hospital, Shanghai 201103, China.

随着我国人口老龄化进程加快，各种慢性疾病在中老年人群中衍生。人们的健康意识渐渐提高，推动了医疗模式转变，由以治疗为中心的医疗模式过渡到以预防为主、早期发现和治疗的模式，医疗仪器从适用于医院操作复杂的大型设备向既适用于医院又适用于家庭的小型穿戴式、便携式以及配备强大软件功能的智能移动医疗设备过渡，且同时具备生理信号检测、信息处理、信号特征提取、数据无线传输以及数据库存储等多种功能，能够完成对患者进行的长时间无创监测、诊断和治疗，具有操作简单、移动灵活、实时显示结果及自动报警等特点[1-3]。

目前，由于智能手机功能强大、使用灵活得到广泛应用，并且越来越多地应用在医疗领域中。在人体生理参数检测仪器中增加能够与手机进行通信的模块，生理参数等诸多信息则可通过该检测模块传输到手机，利用移动通信网络可以将信息上传到医院的服务器，因此移动医疗监护系统技术研究具有很好的应用价值[4-6]。远程医疗系统可以实现人体生理参数的适时监护。智能的移动医疗监护系统因为其人性化以及易操作等特点，将会在医疗领域发挥越来越重要的作用。本研究通过在人体局部代谢率检测设备中集成蓝牙模块，利用智能手机系统中的蓝牙接口，实现人体局部代谢率等生理参数从检测模块到手机平台之间的数据传输(如图1所示)。

图1 远程医疗系统示意图

1 Android系统

Android系统是基于Linux内核的开源操作系统，其系统架构分为4层[7]：①底层，以Linux内核为基础，包括内存管理、进程管理和驱动模型等，蓝牙驱动在其中实现；②系统运行库层，包括C/C++库以及Android运行库；③应用框架层，主要包括编写核心应用时所使用的API框架；④应用层，由Java语言编写的程序，代谢率相关信息传输的开发在此层实现。

Android系统从2.0版本开始支持蓝牙，有关蓝牙的类和接口都位于android.bluetooth包中，具体功能见表1。

表1 Android系统功能

2 人体局部代谢率检测系统实现过程

2.1 蓝牙基本操作的实现

本研究采用Android系统4.2版本和Eclipse4.3.2工具进行系统的开发工作。在Android系统中实现蓝牙传输的功能，分为以下步骤实现：①进行权限声明，具体操作在AndroidManifest.xml文件中实现[8-11]；②获取蓝牙适配器，可通过getDefaultAdapter()获得本地蓝牙适配器，远程蓝牙适配器需要使用BluetoothDevice类；③在取得蓝牙适配器之后，可请求开启蓝牙，之后系统开始搜索周围蓝牙设备。为了使手机能够被其他蓝牙设备(本模块为代谢率检测模块)搜索到，需要进入蓝牙设置选中“可检测性”复选框。

在搜索远程蓝牙设备时可先使用BluetoothAdapter. getRemoteDevice()得到指定地址的BluetoothDevice。该类的功能是类似提供一个蓝牙硬件地址簿，远程蓝牙硬件地址使用BluetoothAdaphter来创建一个BluetoothDevice对象来完成操作[12]。当手机和检测模块绑定成功，可以使用BluetoothAdapter. getBondedDevices方法获得代谢率检测设备列表。搜索到的蓝牙设备通过广播返回，所以，需要注册广播接收器来获得已搜索到的蓝牙设备。在程序开始时注册广播接收器，包括搜索已完成(ACTION_ DISCOVERY_FINISHED)和已搜索到设备(ACTION_ FOUND)两个广播接收器BroadcastReceiver，然后通过线程来控制蓝牙设备的搜索(startDiscovery)，当搜索中有触发上面两个接收器事件，就直接传递给接收器进行保存，程序流程如图2所示。

图2 搜索设备流程图

2.2 数据传输的实现图

蓝牙传输数据的方式和Socket类似，在网络中使用Socket和ServerSocket控制客户端和服务端的数据读写。蓝牙通信同样也是由蓝牙客户端和蓝牙服务端Socket来完成，蓝牙之间的数据传输采用基于RFCOMM协议的Socket连接实现[13]。在Android的蓝牙API中BluetoothServerSocket和BluetoothSocket类可实现Socket通信，这两个类都在android.bluetooth包中。BluetoothServerSocket是蓝牙服务端Socket，BluetoothSocket是蓝牙客户端Socket。

手机服务器一般可通过线程使用listenUsingRfco mmWithServiceRecord()方法来注册一个具有名称和唯一识别的UUID号，然后利用BluetoothServerSocket. accept()方法一直监听代谢率生理参数检测模块的请求，得到请求后利用InputStream.read(byte[])方法接收代谢率检测模块的参数信息，并对数据做出相应的处理，最终调用BluetoothServer Socket.close()关闭蓝牙服务器，程序流程如图3所示。

图3 服务器流程图

蓝牙协议分为核心协议、电缆替代协议、电话传送控制协议和选用协议4层，其中最重要的是核心协议，蓝牙的核心协议又是由基带、链路管理、逻辑链路控制和适应协议4部分组成。业务搜寻协议(SDP)是所使用模式的基础，负责查询设备信息、业务及业务特征，并在查询之后建立两个或多个蓝牙设备间的连接。链路管理(LMP)负责建立蓝牙组件间的连接。逻辑链路控制和适应协议位于基带协议层上，属于数据链路层，是一个为高层传输和应用层协议屏蔽基带协议的适配协议。在本研究中，用户模式运用文件传输模式，文件传输模式提供两终端间的数据通信功能[14-18]。

3 人体局部代谢率检测系统实验结果

根据之前所述的实现思路，本研究利用人体局部代谢率检测来进行蓝牙数据传输实验，检测对象为人体的指端。在代谢率检测仪器中增加蓝牙传输模块，调试成功之后与手机蓝牙进行配对连接、数据传输。其中，手机蓝牙操作界面包括开启蓝牙、可被搜索设置以及搜索设备服务3部分。待搜索到蓝牙设备，便将显示在下方的list列表中。点击列表中的蓝牙设备，即开始数据传输，然后进行其他相关的操作(如图4所示)。

图4 代谢率检测端实物图

本研究已经在数据采集端对代谢率相关数据进行了处理，在检测端可以同时将指端温度、指端湿度、辐射值、环境温度、环境湿度以及计算后的代谢率值发送到手机端。手机接收数据并进行显示，然后根据需要上传到服务器。

4 结语

人体局部代谢率检测系统立足于智能化的移动医疗检测系统，实现了将Android系统中的蓝牙接口传输技术应用于人体局部代谢率多生理参数检测系统研究。本研究内容对构建成熟的移动医疗服务系统也起到积极作用，将多个生理参数从检测端传输到手机端，然后通过3G、4G等移动通信网络，将数据信息传输到医院服务器，实现了智能、实时的医疗检测与监护。智能Android手机系统中的蓝牙技术，在生理数据传输方面具有广阔的应用前景。

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Study on the detection system of human local metabolic rate based on embedded technology

LU Wei-min, CHEN Gang, CHEN Zhen-cheng// China Medical Equipment,2015,12(1):17-19.

Objective: To introduce the local human body metabolic rate measurement system based on the Smartphone with the Android operating system and realizes the transmission of physiological data from the detecting module to Smartphone. Methods: Embedding Bluetooth module in the module of detecting physiological parameters, the measurement target is fingers, so the detected physiological data can be sent to Smartphone with Android system. By develop apk application program, the Smartphone can realize the operation of opening the Bluetooth devices and searching the around Bluetooth devices, to realize the data transmission by the Socket connection, we develop the software which realizes showing data. Results: The Smartphone received the metabolic rate parameters from Bluetooth, and show the result on the surface. A study of the technology of transmitting physiological parameters information through the interface of Bluetooth in Android Smartphone is made in this paper. Conclusion: The paper is based on the Mobile Medicine Measuring System, realizes the technology of physiological parameters transmission through Bluetooth in Android system, which has a great broad application.

Android; Bluetooth; Metabolic rate measurement; Telemedicine

陆为民,男,(1964- ),大专，主管技师。武警上海市总队医院放射科，从事医疗设备的维修、管理和研发工作。

1672-8270(2015)01-0017-03

R197.324

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.01.005

2014-06-05

国家自然科学基金(61271119)“基于代谢能量守恒法的无创血糖检测机理研究”；国家科技支撑计划(2013BAI03B01)“无创检测、实时监测等新型医疗器械产品研发”；广西自然科学基金(2011GXNSFA18183)“能量代谢整合法无创血糖检测关键技术研究”

①武警上海市总队医院放射科 上海 201103

②桂林电子科技大学生命与环境科学学院 广西 桂林 541004

*通讯作者：lwm1964@126.com；chenzhcheng@163.com