基于三星Exynos4412的智能醫療系統的設計和實現

喬增光+屈八一+程騰

引言

隨著時代的發展，人口老齡化進程加快，各種疾病在中老年人群中肆虐和衍生，很多老人臥床不起，或者術后生活不能自理，再加之人們健康意識和保健要求日益增強，這一切推動了醫療模式從以癥狀治療為中心的模式向以預防為主、早診斷、早治療的模式轉變?，F在醫療行業融入了更多的人工智慧、傳感技術等高科技，智能醫療開始了從復雜的、應用于醫院的大型醫療設備，到既適用于醫院又適用于家庭和個人的小型穿戴式系統的改變。使醫療服務走向真正意義的智能化。在中國新醫療改革的大背景下，智能醫療正在走進尋常百姓的生活，得益于此基于exynos4412智能醫療系統應用而生。

基于exynos4412的智能醫療系統，它具有心率、脈搏監測系統、信號特征提取和數據傳輸等功能，可以通過web網頁實現遠程對人體的監控、提前診斷和監護治療，具有反應快速、使用簡便、支持長時間連續工作、智能顯示診斷結果、異常生理狀況報警和無線數據傳輸等特點。將實現“病發就醫”的被動醫療模式向“預防警告”的主動現代醫療模式的轉變，從而降低門診就診次數，提高醫療結構服務效率，降低就診費用等目的。

1開發平臺介紹

Exynos4412又稱為Exynos4 Quad，Exynos4412是三星的第一款四核處理器，采用Cortex-A9架構，核心最高頻率均為1.4 GHz。制程工藝方面，Exynos4412采用32 nm工藝，從而使得其在能耗方面有了很大的改善。Exynos4412內部集成了Mali-400MP高性能圖形引擎，支持3D圖形流暢運行，并可播放1080P大尺寸高清視頻。其中三星旗艦智能手機Galaxy S3即是采用此CPU設計。

本文中我們采用的是基于三星Exynos4412為主處理器的一款ARM開發板，在此開發板上進行設計和開發的智能醫療系統。該開發板具有更高的主頻和更豐富的的外設接口，配置2GB DDR3的內存，具有穩定性強、可靠性高，能適用于對性能和處理能力有更高要求的嵌入式系統應用場合。該開發板可以選配有無線WIFI模塊、Bluetooth、GPS、Camera、3 G等模組，可以在以后的開發工程中，在此基礎上更加完善系統功能。

2系統的設計與實現

2.1系統的整體設計

智能醫療系統的框架如圖1所示，其包含3個部分：硬件層、應用層、人機交互層。

在硬件層，系統通過遍布在房間不同角落的監測模塊和各種傳感器，獲取用戶健康和行為狀況數據，并發送到應用層做進一步的處理。

在應用層，收到應用層傳來的各種檢測數據時，如果發現檢測的數據異?；蛘哂脩舻男袨楫惓＃鐧z測到用戶的心跳過快，或者有人闖入房間等。應用層將發送信號到人機交互層。

在人機交互層，收到應用層傳來的異常信號時，通過電話、短信等方式通知用戶或其家人，注意或預防。

2.2系統功能

為了提供綜合性的醫療服務，系統按功能分為4個子系統。

（1）實時監控子系統，主要負責獲取用戶的實時身體狀況數據和設備的本地信息。

（2）衛生保健子系統，主要負責根據用戶身體現狀數據，評估健康水平。系統將為用戶制定個性化的保健方案。

（3）意外檢測子系統，主要負責行為分析和健康趨勢預警。例如，系統可檢測到身體特征異常，以便通知家人。

（4）控制終端子系統，手動操作、控制各種設備，例如，當病人躺在床上時間長了，可以控制床的升起，讓病人坐起，也可以控制室內的溫度等。同時可以將采集到的數據在終端上顯示，供用戶或醫生參考。

2.3硬件設計

根據模塊化思想，本系統的硬件部分應包括主控制器模塊、LCD人機交互模塊、GPRS數據傳輸的GSM模塊、測量脈搏心率的PulseSensor模塊、人體紅外檢測模塊、環境檢測模塊、信號采集模塊還有攝像頭等。其硬件方案如圖2所示。

主控制模塊：此模塊采用4412的最小系統板，因此不需要額外的設計。

LCD人機交互模塊：提供菜單式操作，主要完成人機交互和監控的視頻顯示等功能。

GPRS數據傳輸的GSM模塊：GPRS模塊就是一個精簡版的手機，集成GSM通信的主要功能于一塊電路板上，具有發送短消息、通話、數據傳輸等功能。

測量脈搏心率的PulseSensor模塊：PulseSensor是一款用于脈搏心率測量的光電反射式模擬傳感器。將其佩戴于手指或耳垂等處，通過導線連接可將采集到的模擬信號傳輸給Arduino等單片機用來轉換為數字信號，再通過arduino單片機簡單計算后就可以得到心率數值，此外還可將脈搏波形上傳到電腦上顯示波形。

3嵌入式Web的開發

通過Web網頁可以使我們遠程監控病人的情況，也可以接受各個采集信息模塊采集到的信息，使家人或醫生能夠遠程了解病人的身體狀況。

在嵌入式設備中有一個Web服務器，就可以使用任一種Web瀏覽器接收和發送信息。那么如何設計這種特別的服務器，如何在嵌入式設備中安裝Web服務器。一般來說，嵌入式Web服務器具有如下主要功能：

（1）對設備的實時監控管理，參數在線查看和配置等。

（2）響應對客戶的實時HTTP請求，并為每個客戶建立連接。

（3）對設備訪問的安全控制機制，包括SLL，用戶口令等。

（4）實現設備的故障報警。

（5）保證不同操作系統或客戶端對設備訪問的一致性。

嵌入式Web服務器一般包括核心部分和可裁減部分。核心部分包括HTTP請求解析器和模塊分析器。HTTP請求解析器負責接收客戶發送的HTTP請求報文，獲得客戶端信息，并把解析出來的結果保存到請求結構中；模塊分析器根據配置信息調度其他模塊。模塊主要分為系統功能模塊和用戶功能模塊，一旦配置了系統功能模塊，該模塊就對服務器收到的請求進行處理，則系統功能模塊主要分為3個部分：文件系統訪問模塊（針對靜態網頁）、CGI處理模塊（針對動態網頁）、賦值處理（針對用戶控制作用）。endprint

3.1Boa服務器的分析與應用

Boa是一個單任務的HTTP服務器，源代碼開放、性能高，它最初的設計目標提供快速安全的HTTP服務器，Boa是一個非常小巧的Web服務器，特別適合應用于嵌入式系統中。它可執行代碼只有約60KB。它是一個單任務Web服務器，只能依次完成用戶的請求，而不會fork出新的進程來處理并發連接請求。但Boa支持CGI（Common GatewayInterface），能夠為CGI程序fork出一個進程來執行。Boa的設計目標是速度和安全，在其站點公布的性能測試中，Boa的性能要好與Apache服務器。Boa服務器在系統中應用如圖3所示。

3.2HTML靜態網頁的制作

Web的應用開發一般都會將界面和程序邏輯脫離開來，允許在一定程度下更改界面。在HTML中，表單（FORM）是最主要的傳遞信息的手段。它適用于任何瀏覽器。表單中有很多元素，包括輸入文本框，單選框，多選框，按鈕，等等，可以提供信息的交互。

CGI程序的工作一般就是接收數據，進行數據處理，最后根據處理結果生成新的頁面返回給瀏覽器。表單數據一般是以POST方法提交給服務器，由CGI程序獲得，程序必須要將界面數據和內部數據對應起來才能夠進行下一步的處理。

本文的HTML靜態網頁測試文件為mian.html，其中制作的網頁主要有開機界面，監控界面等。將制作的網頁文件放在自制的嵌入式根文件目錄下，如下所示：

rootfs/www/index.html開機登陸

rootfs/www/main.html主界面登陸

rootfs/www/ecg.html

心跳監測界面

rootfs/www/care.html

病人狀態界面

rootfs/www/bed.html

智能床界面

rootfs/www/camera.html監控界面

rootfs/www/safety.html安全界面將開發板和電腦連接，然后啟動開發板，在PC機的瀏覽器地址欄輸入相應的IP地址，即可打開網頁，例如http：//192.168.0.168/main.html。其中主界面如圖4所示。

3.3 CGI程序的實現

CGI（Common Gateway Interface）是：“公共網關接口”的簡稱，是Web服務器和主機應用程序之間進行信息交換的一種接口標準或規范。通過CGI，Web服務器可以激活一個應用程序，同時將用戶提交的數據傳遞給這個程序，隨后，又可以將該程序的響應（輸出）返回給瀏覽器。

CGI處理步驟如下：

1.通過Internet把用戶請求送到服務器；

2.服務器接收用戶請求并交給CGI程序處理；

3.CGI程序把處理結果傳送給服務器；

4.服務器把結果送回到用戶。客戶端和服務器的信息交換如圖5所示。

4結束語

隨著技術的成熟和人們對健康的關注，智能醫療正在迎來高速發展期，智能醫療不但能極大地推動醫療信息化的進程，而且還能有效的解決國內醫療分布不均等問題，使人們享受更好、更便捷的醫療服務。

本文的智能醫療系統是基于Exynos4412的嵌入式開發平臺構建，并在構建的軟硬件平臺上創建嵌入式Web服務器Boa，然后在其上進行應用開發，通過Web網頁可以實現遠距離監控，還可以將各個硬件模塊采集的數據發送到web端，最終實現了Boa的動態網頁交互功能和對目標的遠程監控功能以及采集數據的傳輸等。endprint