基于Android便攜式人體健康監測系統設計

高明華++許麗金++柯成成++楊根紅

摘 要： 便攜式、小型化是現代醫療器械的一個重要發展方向。為了監測人體的脈搏、體溫等參數，實時監測人體的健康狀態，設計了一款基于Android的便攜式人體健康監測系統。通過溫度傳感器和脈搏傳感器實時采集人體的體溫、脈搏等信息，經單片機處理后由藍牙上傳至手機APP，手機端接收數據并對數據進行分析、處理、顯示并給出合理化建議。實驗結果表明，該系統監測結果穩定可靠、簡單易用。

關鍵詞： 智能醫療； 數據采集； 健康監測； 手機APP

中圖分類號： TN919?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）12?0086?04

Abstract： Portability and miniaturization of modern medical equipment is an important development direction. A portable health monitoring system Based on Android was designed to monitor the human's pulse， temperature and other parameters， so as to realize real?time monitoring of human health. Real?time acquisition of human's temperature， pulse and other information is implemented with temperature sensor and pulse sensor. The information treated by MCU is uploaded to the mobile phone APP through Bluetooth. The mobile terminal receives， analyzes， processes and displays the data， and then gives out some reasonable suggestions. The experiment results show that the results obtained by the monitoring system are stable， reliable and easy to use.

Keywords： intelligent medical treatment； data acquisition； health monitoring； mobile phone APP

0 引 言

隨著科技的發展和社會的進步，人們對個體生命價值的認知不斷提升，人類的健康觀念、方式和途徑都發生著深刻的變化[1]。人們對健康的關注度逐步提高，越來越多的人希望依靠及時有效的技術手段來保障生命的安全。目前國內智能醫療領域發展緩慢，且智能醫療設備存在質量參差不齊、價格昂貴等問題，難以滿足社會對此類產品的迫切需要。因此，設計一套便攜式、經濟實用、合理可靠且易于普及的便攜式人體健康監測系統必將受到社會的歡迎。

人體健康監測系統是對人體生命體征進行檢測和監視的技術，可實時、連續、長時間地檢測人們的重要生理特征參數，并將獲得的數據傳送給手機APP，進行顯示和保存。用戶可以通過文本形式或者折線圖顯示查看歷史測量數據，以供用戶進行分析。現有的醫療設備對于被監測人，一般由專業人員定期測量體溫、脈搏等生理參數，這種方式浪費了大量的時間和精力，降低了工作效率和服務質量；而且在檢測過程中需要被監測人處于自然狀態，被監測人稍有心情緊張，感到不自然，就會導致檢測到的數據不準確。以上監測方式有明顯的不足，因此本文希望以一種低成本、高可靠性的便攜式人體健康監測系統來替代傳統方法。針對當前社會的需求，從經濟實用的角度出發，設計了一種便攜經濟的人體健康監測系統，實現了對人體體溫、脈搏等信息的采集。同時，結合藍牙技術和手機APP完成對監測數據的顯示和分析，APP將監控終端采集到的歷史數據保存在數據庫中，實現了數據的無紙化記錄。

1 系統總體設計

本文綜合運用單片機技術[2]、HC?05嵌入式藍牙通信技術和智能手機APP技術，設計了基于Android便攜式人體健康監測系統，人體健康監測系統結構如圖1所示。

系統主要由健康監測終端和智能手機APP兩部分組成。監測終端通過溫度傳感器和脈搏傳感器采集人體體溫、脈搏等信號，經單片機處理后，在LCD顯示屏上實時顯示；藍牙發送模塊將監控終端的數據通過無線信道發送至手機；手機APP接收數據并保存，手機APP界面通過文字和折線圖的方式來顯示數據，同時APP將對當前的測量指標給出評價，并提供健康建議。

2 系統硬件設計

系統硬件由主控模塊、采集模塊、顯示模塊和通信模塊四部分組成。主控模塊采用STC89C52單片機作為主控芯片；采集模塊分為體溫采集和脈搏采集模塊，體溫采集模塊采用NTC熱敏電阻采集溫度信息，經A/D轉換電路轉換成數字量后交由單片機處理[3]。脈搏采集模塊采用基于SON3130心率IC設計的SON1205脈搏傳感模塊，其輸出信號類型為0～3 V的方波；顯示模塊為1602液晶顯示屏，用于顯示體溫和脈搏信息；通信模塊采用HC?05藍牙串口模塊，可直接與單片機串口進行通信，并可與帶有藍牙功能的電腦、手機等智能終端配對。監控終端硬件

原理圖如圖2所示。

體溫采集模塊溫度傳感器采用電子體溫計專用高精度NTC熱敏電阻[4]，在37 ℃時的阻值誤差范圍僅僅為50 Ω，阻值精度高達0.16%，靈敏度為0.1 ℃。體溫采集模塊利用NTC熱敏電阻阻值在不同溫度下發生改變的特性，通過TLC1549芯片將NTC阻值采樣并轉換成數字量，交由單片機處理。根據NTC阻值隨溫度的變化特性，再結合校正補償算法可計算出當前人體溫度。

脈搏采集模塊利用紅外光電傳感器實現脈搏信號的采集，并通過處理電路對采集的初始脈搏信號進行濾波、放大以及整形處理，最終使其轉變為單片機可識別的脈沖信號[4]。本系統采用基于SON3130心率IC設計的SON1205脈搏傳感模塊，其輸出信號類型為0～3 V的方波。每當脈搏跳一次，其輸出一個方波，輸出的方波作為單片機的計數器中斷信號由單片機計算處理后輸出結果。

顯示模塊采用1602型液晶，1602液晶顯示屏是一種專門用來顯示字母、數字、符號等字符的點陣型液晶模塊。工作電壓為3.3～5 V，對比度可調，內含復位電路，提供各種控制命令等。在本系統中利用1602液晶屏來顯示采集的人體體溫、脈搏數據。

通信模塊采用HC?05藍牙串口模塊，本模塊可直接與單片機串口進行通信，并可與帶有藍牙功能的電腦、手機等智能終端配對，將單片機處理后的數據發送至手機APP。

3 系統軟件設計

本系統軟件設計主要包括監測終端軟件設計和手機APP設計。監控終端軟件設計包括單片機初始化程序、體溫、脈搏傳感器驅動程序、LCD驅動程序、藍牙模塊驅動程序等。手機APP設計包括數據接收、數據顯示和數據保存三大方面。

3.1 監測終端軟件設計

單片機初始化程序包括I/O口初始化、串口初始化、定時器初始化等[5]。體溫傳感器驅動程序主要為控制TLC1549芯片完成電壓值的A/D轉換，并讀取A/D轉換后的數字量用于體溫值的計算。脈搏傳感器驅動程序實現的是對脈搏信號的計數功能。監控終端程序流程圖如圖3所示。

首先完成定時器0和外部中斷0的初始化，即設置定時器0的工作模式，外部中斷0的觸發方式等。初始化完成后通過外部中斷服務程序和定時器終端服務程序來完成規定時間內脈搏信號的計數功能。LCD驅動程序包括1602顯示屏的初始化程序、字符讀寫操作程序以及字符顯示程序。該部分程序設計好以后主程序可直接通過調用顯示函數將體溫、脈搏數據在LCD屏幕上以指定格式顯示。藍牙模塊驅動程序中首先進行串口的初始化，設置藍牙串口的工作方式、數據格式以及波特率[6]，它實現的是把處理后的體溫、脈搏等信息發送至手機APP。

3.2 手機APP設計

手機APP程序結構圖流如圖4所示。

手機APP設計采用App Inventor[7]設計完成。實現數據接收首先需要完成的是手機藍牙與監控端HC?05藍牙模塊進行配對，配對成功以后，利用App Inventor中自帶的藍牙客戶端組件實現數據的接收。數據接收完成后，在App Inventor中搭建代碼來判斷獲取的體溫、脈搏值是否正常。如超出正常范圍，APP自動給出相應的健康建議，同時界面圖形將發生相應的顏色變化來提示用戶當前的健康狀態。每次測量完畢后，利用App Inventor中的微數據庫組件保存當前測量的體溫、脈搏等信息，同時利用計時器組件獲取系統當前時間，并將之保存在微數據庫中。

本系統的手機APP主要實現的功能有：開機畫面、用戶登錄注冊、接收數據、動態顯示數據、分析判斷數據、給出健康建議以及保存數據。

打開手機APP，首先點擊注冊按鈕進入注冊界面填寫相關的信息，用戶注冊完成后即可進行登錄。用戶登錄成功后界面將自動跳轉到APP的主界面即健康測量界面，它的主要功能是實時數據的顯示。當藍牙連接完成后，就可以進行實時數據的接收與顯示，點擊開始測量按鈕，界面上將會開始動態顯示體溫和脈搏數據，圖5為健康測量界面。最后手機APP能根據成人心率60～100次/min，體溫36～37 ℃的參考值，對不同測量結果的測量值給出相應的健康建議。

健康記錄界面用于歷史測量數據的顯示。APP將監控終端采集到的歷史數據保存在數據庫中，實現了數據的無紙化記錄。用戶想要查看以往的測量記錄時，本系統設計了兩種人性化的界面顯示歷史數據：一是以文本形式一條條在健康記錄界面顯示；二是將近期數據繪制成折線圖顯示。

4 系統測試

系統設計完成后，分別對監控終端和手機APP進行測試。監控終端能夠準確采集體溫和脈搏信息，并通過藍牙模塊實時發送至手機APP，同時在LCD顯示屏上實時顯示。手機APP能夠與監控終端藍牙模塊[8]正常配對，輸入正確的用戶名和密碼后能夠正常登錄，并將測量信息在界面上實時顯示。APP能夠根據不同的測量值給出相應的健康建議，并能夠記錄以往的測量值，將以往測量值以文本形式或折線圖形式顯示。

根據中華人民共和國醫用電子體溫計標準（GB/T 21416?2008）中規定：

（1） 體溫計的設計分辨率應小于或等于0.1 ℃。

（2） 體溫計最大允許差在低于35.3 ℃時為±0.3 ℃；在35.3～36.9 ℃時為±0.2 ℃；在37.0～39.0 ℃時為±0.1 ℃；在39.0～41.0 ℃時為±0.2 ℃；高于41.0 ℃時為±0.3℃。

在實驗室選取了10個樣本對系統進行了測試。用本系統測量了6個樣本的體溫和脈搏，并與實際值相比較，分辨率和誤差都在規定范圍內。監控終端的測試值和實際值比較如表1所示。

5 結 語

本文設計了一套基于單片機和手機APP的便攜式的人體健康監測系統，能夠實現對人體溫度和脈搏等信息的采集。手機APP將采集的信息進行保存和顯示，并根據不同的測量值給出相應的健康建議，且用戶可隨時查看自己的歷史測試記錄。本系統結構簡單，并采用模塊化的設計方式使系統易于擴展和升級。測試結果表明，本系統在實際應用過程中穩定度好并具有較高的靈敏度，能滿足一般家庭的使用需求。結合其成本低并且簡單易用的特點，有一定的推廣價值和應用前景。

參考文獻

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