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1、 本科畢業(yè)設計（論文）( 2017屆 ) 題 目： 基于安卓的老年人監(jiān)護系統(tǒng) 學 院： 數理與信息工程學院 專 業(yè)： 電子信息工程 學生姓名： 王慧媛 學號： 13610106 指導教師： 蔣敏蘭 職稱： 副教授 合作導師： 職稱： 完成時間： 2017 年 4 月 11 日 成 績： 浙江師范大學本科畢業(yè)設計（論文）目錄一、誠信承諾書二、正文三、浙江師范大學本科畢業(yè)設計（論文）任務書四、浙江師范大學本科畢業(yè)設計（論文）文獻綜述五、浙江師范大學本科畢業(yè)設計（論文）開題報告六、浙江師范大學本科畢業(yè)設計（論文）外文翻譯七、浙江師范大學本科畢業(yè)設計（論文）指導記錄八、浙江師范大學本科畢業(yè)設計（論文）
2、中期檢查表九、浙江師范大學本科畢業(yè)設計（論文）作品（實物）驗收單十、浙江師范大學本科畢業(yè)設計（論文）結題答辯資格審查表十一、浙江師范大學本科畢業(yè)設計（論文）結題答辯記錄十二、浙江師范大學本科畢業(yè)設計（論文）評審表浙江師范大學本科畢業(yè)設計（論文）誠信承諾書本人鄭重承諾：我承諾所呈交的畢業(yè)設計（論文）是本人在指導教師的指導下，按照學校和學院的有關規(guī)定，獨立研究完成的。本人在畢業(yè)設計（論文）寫作過程中恪守學術道德和學術規(guī)范，設計（論文）中凡引用他人已經發(fā)表或未發(fā)表的成果、數據、觀點等，均已注明并列出了有關文獻的名稱、作者、年份、刊物名稱和出版文獻的出版機構、出版地和版次等內容，除此之外均為本人的觀點
3、和研究成果。如有違反，本人愿接受處罰并承擔一切責任。承諾人簽名（手寫）： 年 月 日浙江師范大學本科畢業(yè)設計(論文)正文目 錄摘要1Abstract11 引言21.1 課題的背景及意義21.2 國內外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài)21.2.1 國外研究現(xiàn)狀21.2.2 國內發(fā)展現(xiàn)狀31.3 項目的主要內容及研究方法31.3.1 研究內容31.3.2 研究方法42 方案論證52.1 微處理器52.1.1 Freescale Kinetis K60單片機介紹52.1.2 STM32單片機簡介52.2 壓力傳感器52.2.1 Bp01型壓力傳感器52.2.2 MPS20N0040D-D型壓力傳感器52.3 溫度
4、檢測模塊62.3.1 紅外溫度傳感器62.3.2 熱電偶62.4 顯示模塊62.4.1 OLED液晶顯示62.4.2 HMI串口觸摸屏62.5 數據通信模塊72.5.1 WIFI模塊72.5.2 GPRS/GSM模塊72.6 安卓手機客戶端設計方式72.6.1 利用JAVA語言設計APP72.6.2 采用APP Inventor設計APP73 系統(tǒng)硬件的設計83.1 主控模塊83.2 血壓及脈搏檢測模塊93.3 溫度檢測模塊103.4 GPRS/GSM模塊113.5 電源模塊113.6 硬件實物124 系統(tǒng)軟件設計134.1 基于安卓的上位機軟件設計134.2 基于Html和PHP的網頁設計1
5、54.3 基于ARM的下位機軟件設計174.3.1 微處理器程序設計174.3.2 HMI串口觸摸屏程序設計195 系統(tǒng)調試215.1 下位機調試215.2 上位機測試215.3 組裝聯(lián)調225.4 測試結果及分析236 結論24參考文獻25致謝25附錄1：電路圖27附錄2：PCB圖27附錄3：實物圖29附錄4：手機APP界面31 基于安卓的老年人監(jiān)護系統(tǒng)基于安卓平臺的老年人健康監(jiān)護系統(tǒng)數理與信息工程學院 電子信息工程 王慧媛（13610106）指導老師：蔣敏蘭（副教授）摘要：遠程醫(yī)療是現(xiàn)代化醫(yī)療的重點，它解決了目前醫(yī)師資源少而患者日益增多，掛號時間緊張等等帶來的問題，能最大效率的利用現(xiàn)有的醫(yī)
6、師資源。本設計以STM32單片機為核心，采用MPS20N0040D-D型壓力傳感器、K型熱電偶、信號處理模塊、串口觸摸屏、GPRS數據傳輸模塊等電子器件，實現(xiàn)了溫度測量、血壓檢測、脈搏采集功能，同時將送至web服務器，用戶可直接在串口屏上觀測數據，其親人也可通過手機上位機實時查看老人身體狀況。系統(tǒng)測試結果表明，該健康監(jiān)護系統(tǒng)實現(xiàn)了人體生理指標的實時監(jiān)測、傳輸、存儲和分析，可廣泛應用于人體健康遠程監(jiān)測、醫(yī)療遠程監(jiān)控平臺等方面。遠程醫(yī)療是現(xiàn)代化醫(yī)療的重點，它解決了目前醫(yī)師資源少而患者日益增多，掛號時間緊張等等帶來的問題，能最大效率的利用現(xiàn)有的醫(yī)師資源。關鍵詞：STM32；GPRS；血壓測量；脈搏檢
7、測；網頁設計；手機APP制作A System Of The Elderly Health MonitoringTutor：Minlan Jiang(College of Mathematics, Physics and Information Engineering，Electronics and Information Engineering，Huiyuan Wang，13610106)Abstract:The design of the STM32 micro controller as the core, using MPS20N0040D-D-type pressure sensor,
8、 K-type thermocouple, signal processing module, serial touch screen, GPRS data transmission module and other electronic devices, to achieve the temperature measurement, blood pressure detection, pulse acquisition function, Sent to the web server, the user can directly observe the data on the serial
9、screen, its loved ones can also be real-time mobile phone host computer to see the physical condition of the elderly. Real-time monitoring, transmission, storage and analysis of human physiological indicators can be widely used in human health remote monitoring, medical remote monitoring platform an
10、d so on. Telemedicine is the focus of modern medical care, it solves the current physician resources and the increasing number of patients, registration time and so on the problems brought about by the maximum efficiency of the use of existing physician resources. Key Words:STM32; GPRS; Blood pressu
11、re measurement;Pulse detection; Web Design;Making phone APP1 引言1.1 課題的背景及意義現(xiàn)今社會，移動通信網絡帶動智能醫(yī)療的發(fā)展，成為社會的一大熱點。人們對生活各方面標準逐步上升，這也正面促進智能化社會的發(fā)展。無人機、智能家居、智能門禁系統(tǒng)等智能化設備層出不窮。智能醫(yī)療也是智能化社會發(fā)展的一大成果。智能醫(yī)療是在大數據的背景下發(fā)展起來的。近幾年，我國人口老齡化現(xiàn)象越來越嚴重，空巢老人、獨居老人的數目不斷增多，人在外工作、打拼，還要念念不忘家里父母的健康。智能醫(yī)療的發(fā)展，能夠節(jié)省病人掛號、排隊的時間，減少人們因小病、小災家里醫(yī)院來回奔波
12、的現(xiàn)象，能夠有效的緩解我國醫(yī)療資源不均衡的現(xiàn)狀。智能手機發(fā)展至今，已經不僅僅只是人們用來相互聯(lián)系、溝通的工具，在無聊的時候，人們可以通過聊QQ、聊微信，手機可以成為解悶兒的工具；迷路的時候，人們可以通過手機定位導航，手機就是一個導航儀；遇到不懂的問題，百度百科無所不知，手機就是一個無所不能的教科書；沒有衣服穿了，打開手機淘寶、蘑菇街，只有你想不到，沒有買不到的，手機就是一個大型購物商場，應有盡有。如今，幾乎每個人都有手機。經調查，直到2016年，或直接或間接在使用智能醫(yī)療設備的人占全球人數的57%。這是社會進步的一個重大跨越。智能醫(yī)療技術結合了數字技術、傳感技術、移動數據發(fā)展技術和大數據等。將
13、GPRS技術應用于智能醫(yī)療，是社會的一個大進步。GPRS技術是通過分組數據網進行通信的。通俗的說，GPRS也就是手機流量。通過與這種數據傳輸技術的結合，能夠大大改變老套的醫(yī)療模式，實現(xiàn)醫(yī)療資源高度共享，進一步提升醫(yī)療服務的效率和質量，降低社會醫(yī)療成本。1.2 國內外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài)1.2.1 國外研究現(xiàn)狀心電圖的發(fā)明者Wilhelm Einthoven在1906年就已經開始通過電話線來進行遠程咨詢的試驗；而后在1967年，美國Massachusetts General Hospital的一位醫(yī)生在波士頓建立了病人和醫(yī)生能夠進行互動的遠程系統(tǒng)，這就是世界上第一個遠程醫(yī)療系統(tǒng)。直至上世紀50、6
14、0 年代，醫(yī)療工作者開始逐漸對遠程醫(yī)療重視起來。遠程醫(yī)療與移動通信、信息技術是信息相關的。當前，移動通信網絡發(fā)展的越來越快，從原有的2G到如今的4G，甚至還有不久即將投入使用的5G通信系統(tǒng)。移動通信的速度在不斷上升，成本也在不斷下降，這也間接影響了遠程醫(yī)療的發(fā)展。伴隨著現(xiàn)代各項傳感技術、智能機器人、遠程監(jiān)控手段的發(fā)展，遠程醫(yī)療的應用范圍也必定會不斷擴展。綜合來看，遠程醫(yī)療主要有以下幾大優(yōu)點：1)提高邊遠、偏僻地區(qū)的醫(yī)療服務水平。2)提供更好的醫(yī)療咨詢和建議。3)能夠實現(xiàn)醫(yī)學設備共享、醫(yī)學教育資源共享。4)能夠及時提醒病人就醫(yī)，甚至避免疾病的發(fā)生與擴散，減少了病人的痛苦。5)能夠減少排隊掛號的時
15、間。6)能夠大大縮減醫(yī)療費用。美國可謂是智能醫(yī)療的“發(fā)源地”，因為其先進的技術和強大的制作工藝，美國很快就在智能醫(yī)療的大軍中脫穎而出。發(fā)展至今，美國的智能醫(yī)療技術早已應用在手術臺上。相關調查顯示，在美國，機器人能夠主持微創(chuàng)手術的幾率是95%。2015年在美國上市的iwatch，因其界面美觀、體積小巧、功能齊全，一度在全球掀起了智能醫(yī)療的熱潮。1.2.2 國內發(fā)展現(xiàn)狀智能醫(yī)療在我國的發(fā)展相對遲緩。在1998年的時候，我國開始進行第一次的老年人體質研究。這個研究是在體育總局帶領下對60-65歲的老年人開展的健康測試。相比國外的一些研究調查，國內的調查更為單一、片面。清華大學的白靜教授帶領的科研小組
16、研發(fā)出了一種智能醫(yī)療系統(tǒng)，該監(jiān)護系統(tǒng)由家庭監(jiān)護臺和醫(yī)院控制臺組成。家庭監(jiān)護器能夠檢側并分析醫(yī)院里病人的心電圖數據和身體狀況，而醫(yī)院的監(jiān)控系統(tǒng)能夠自動連接家庭監(jiān)護臺，并在病人心電圖異常的時候，及時發(fā)出警報信息，并通過電話線將病人信息傳輸給醫(yī)院控制臺。該系統(tǒng)也是國內第一個遠程智能監(jiān)護系統(tǒng)，對國內智能醫(yī)療的發(fā)展有著里程碑式的意義。隨后，浙江大學的一個博士生提出了一種老人的跌倒檢測和實時心率監(jiān)測系統(tǒng)。他是利用ZigBee無線傳感網絡對老人身體的多個部位進行生理信號的采集、分析的。ZigBee無線傳感網絡也是一個熱門的數據傳輸方式，但這種網絡并不同于現(xiàn)實生活中的網絡，只能夠進行內部數據的傳送，而不能傳輸
17、到網頁鏈接上?，F(xiàn)在，不僅學校、研究所在進行智能醫(yī)療的研究，其他一些相關的商業(yè)機構也在對智能醫(yī)療的潛在價值進行開發(fā)。而且，智能醫(yī)療的商業(yè)價值已經開始逐步顯現(xiàn)出來，例如小米手環(huán)，智能手表之類的產品已經成為當下的一種時尚。當你打開軟件下載中心，可以發(fā)現(xiàn)，近幾年健康、醫(yī)療、運動相關的APP 如雨后春筍般層出不窮，極大的豐富了人們的健康生活和運動生活。1.3 項目的主要內容及研究方法1.3.1 研究內容本系統(tǒng)主要對以下幾點問題進行研究：1) 尋求合適測量方案，對人體的血壓、脈搏、體溫數據進行測量。2) 利用GPRS數據傳輸技術，將人體的各項指標上傳到服務器。3) 學習網頁制作，設計相關網頁進行數據的存儲
18、和分析。4) 編寫制作手機客戶端，實現(xiàn)用戶登錄，數據顯示等功能，方便用戶實時查看數據。1.3.2 研究方法本系統(tǒng)-基于安卓的老年人健康監(jiān)測系統(tǒng)可分為數據采集，數據分析，數據傳輸，網頁設計和監(jiān)控終端五個部分。其中數據采集是指對人體的血壓、脈搏、體溫等生理指標的采集；數據分析是指控制器對采集到的信號進行分析處理的過程，控制器對傳感器采到的數據進行歸總分析，當數據超出健康指標范圍的時候，發(fā)出語音信號提醒老人及時就醫(yī)，如果報警時長超過預定值且無人理睬，控制器將自動控制GSM模塊撥打當地120急救電話；數據傳輸是指控制器將數據分析處理后通過GPRS模塊將處理好的數據發(fā)送到web服務器；然后利用php語言
19、和數據庫進行設計網頁，對服務器中的數據進行保存和顯示；監(jiān)控終端指利APP Inventor制作的移動手機APP，用戶可以通過手機等移動設備APP了解老人的身體情況，同時，當老人身體情況變差時，系統(tǒng)也能以短信的形式給用戶的監(jiān)護人發(fā)送報警提示信息。系統(tǒng)框圖如圖1-1所示。圖 1-1 系統(tǒng)框圖2 方案論證2.1 微處理器主控單片機作為系統(tǒng)的核心部分，能夠實現(xiàn)信號的采集、分析、顯示以及數據的上傳。在學校和市場上較常用的微處理器主要包括Freescale Kinetis K60和STM32。2.1.1 Freescale Kinetis K60單片機介紹Freescale Kinetis K60單片機以
20、Cortex-M4為內核，支持1.6V-3.6V的寬電壓供電，大的供電范圍使其穩(wěn)定性得到提高，而支持超頻高達200MHz的主頻速度以及1.25DMIPS/MHz的DSP指令使其變得更加的優(yōu)秀。另一個方面芯片有著諸多外設資源：數字轉模擬(ADC)模塊、模擬轉數字(DAC)模塊、可增益運放(FGA)模塊、CAN、UART和SPI等。并且支持以太網、全功能USB、硬件加密和篡改檢測功能等。并且外部有著多達100個IO口供我們選擇使用，但是K60單片機作為Freescale競賽的主打單片機，市場價格較高，大大增加了制作成本。2.1.2 STM32單片機簡介STM32F103ZET6單片機采用Corte
21、x-M3內核。性能高、成本低、功耗低。時鐘頻率可達到72MHz，具有128K以上的可編程Flash存儲器以及高速度、高精度的計算能力，且內部資源豐富。相比K60、51、MSP430系列單片機，無論在性能還是成本上都更能滿足本系統(tǒng)設計的需求。綜合因素考慮，本系統(tǒng)采用STM32作為核心處理器。2.2 壓力傳感器壓力傳感器能夠將外界氣壓的變化轉化電量的變化。并通過放大電路將信號進行放大處理，單片機對此信號進行適當的處理即可檢測人體的血壓數據，并從血壓檢測過程數據中分離出脈搏信息。2.2.1 Bp01型壓力傳感器Bp01型壓力傳感器使用精密陶瓷封裝。它是專門的一種針對血壓測量的傳感器，前置電路要經過四
22、個放大器進行放大，后置電路也需要經過兩個放大器進行數據補償。它的測量精度較高、數據穩(wěn)定，但是價格亦是十分昂貴。2.2.2 MPS20N0040D-D型壓力傳感器MPS20N0040D-D型壓力傳感器廣泛應用于與氣壓或壓強相關的產品，并且具有良好的可重復性和長時間的工作穩(wěn)定性。它的量程為040KPa，線性度高達0.3%，且價格低廉，常應用于血壓測量等醫(yī)療領域。使用方便而且成本不高，能夠很好地滿足本系統(tǒng)的設計需求。綜合因素考慮，本系統(tǒng)采用MPS20N0040D-D型壓力傳感器進行血壓測量。2.3 溫度檢測模塊體溫是衡量人體生理健康的另一大指標。利用溫度檢測模塊能夠檢測人體體溫。目前市場上有很多種檢
23、測溫度的傳感器，而市場上的溫度傳感器主要包括以熱電偶為首的四類。2.3.1 紅外溫度傳感器選用MCU90615紅外溫度傳感器。它作為一種數字式的IC溫度傳感器，能夠將紅外輻射這一非電量轉化為電信號。弱電信號經過低噪聲放大器放大、濾波后再進行數模轉化。再經運算處理后輸出測量結果并保存在MLX90615內部靜態(tài)存儲器中。它能同時測量環(huán)境溫度和能夠發(fā)熱物體表面溫度，但由于本設計只需要測量體溫且不受外界環(huán)境干擾，因此本方案不適用。2.3.2 熱電偶選用WRNK-191 J型探針熱電偶。熱電偶是常用的測溫儀器，它的相對DS18B20更為精確，使用范圍更加廣泛。熱電偶能夠將溫度轉化為熱電勢，同紅外溫度傳感
24、器前期信號處理相似，可以直接通過IIC協(xié)議讀取溫度數據。它非常堅固而且價格低廉。滿足本系統(tǒng)設計。綜合因素考慮，本系統(tǒng)的溫度傳感器采用熱電偶。2.4 顯示模塊顯示模塊簡單點說就是LCD屏+LED背光板+PCB板+鐵框。、它是人機界面的重要組成部分。單片機采集的數據只有通過顯示模塊才能直觀的呈現(xiàn)給用戶，因此對于顯示模塊的選擇也是十分重要的，它決定了系統(tǒng)給用戶的第一印象。目前市場上的顯示屏主要包括LCD12864、OLED和觸摸屏。2.4.1 OLED液晶顯示OLED液晶顯示屏的功能十分強大，可顯示大量文字、圖形、清晰可見。與數碼管相比，在視覺方面要直觀很多。與LCD12864相比，在于單片機的通信
25、方面要簡單便捷得多。用液晶作為顯示設備已成為現(xiàn)今社會的主流趨勢，能夠被人們普遍接受。2.4.2 HMI串口觸摸屏觸摸屏大致包括電阻式觸摸屏和電容式觸摸屏兩種，我們平時使用的手機屏就是電容式的觸摸屏。HMI串口觸摸屏是一種電阻式觸摸屏，它的分辨率為400*240。它的突出優(yōu)勢在于上位機界面可編程，方便用戶的使用。HMI上位機界面編程非常地方便，他可以直接生成想要的字庫、拖動組件進行設置、直接將導入圖片進行切片處理，還能夠在線調試。既能通過程序指令進行控制，又能通過電腦軟件更新界面。且電阻式觸摸屏很好地實現(xiàn)了人機交互的效果，能夠滿足本系統(tǒng)設計。綜合因素考慮，本系統(tǒng)采用串口觸摸屏作為顯示器。2.5
26、數據通信模塊利用數據傳輸模塊將人體生理指標上傳至web客戶端，方便用戶對數據的遠程監(jiān)測。2.5.1 WIFI模塊現(xiàn)在說的WIFI模塊指的是ESP8266，它是通過自己創(chuàng)建WIFI或者連接其他的熱點進行通信的。ESP8266之間可以以WIFI的創(chuàng)建者和連接者的形式進行通信。但是本系統(tǒng)要求用戶能夠隨時隨地檢測身體健康，并將數據實時上傳，因此ESP8266不適用本設計。2.5.2 GPRS/GSM模塊GPRS/GSM模塊支持短信、數據、彩信、上網等功能。即使沒有外部網絡，沒有WIFI，只需要有一張手機卡就能夠將數據上傳，很好地滿足本系統(tǒng)設計。綜合因素考慮，本系統(tǒng)采用GPRS/GSM模塊上傳數據。2.
27、6 安卓手機客戶端設計方式一款精美的手機客戶端是方便用戶使用的前提。2.6.1 利用JAVA語言設計APP 利用eclipse軟件在java環(huán)境下進行軟件的設計與制作。用Java語言設計APP是現(xiàn)在手機軟件設計的主流趨勢。目前應用寶里的手機軟件幾乎都是通過JAVA語言編寫的。它的應用及其廣泛。2.6.2 采用APP Inventor設計APP App Inventor是一款不需要編程的手機APP制作軟件。用戶只需根據自己的需求選擇不同的控件放入組件設計面板，并在邏輯設計面板進行恰當的控件模塊拼接。綜合因素考慮，本系統(tǒng)采用App Inventor進行手機App的設計制作。3 系統(tǒng)硬件的設計3.1
28、 主控模塊主控模塊作為電路的核心部分，對整個系統(tǒng)有著至關重要的作用。主控制器電路主要由STM32單片機最小系統(tǒng)及其外圍電路組成。STM32單片機有著強大的ARM內核，無論是在性能還是外設上都優(yōu)于傳統(tǒng)的51系列單片機，又因STM32單片機應用的普遍性而在成本上大大低于以低功耗功能聞名的MSP430單片機和主要應用于智能汽車競賽的K60單片機。STM32單片機的運算主頻可達到72MHZ，是整個裝置的“大腦”。圖3-1所示為其最小系統(tǒng)板的電路原理圖，3-2所示為STM32芯片的實物圖。圖 3-1 STM32單片機最小系統(tǒng)電路圖圖 3-2 STM32單片機實物圖3.2 血壓及脈搏檢測模塊血壓值的獲取途
29、徑為：單片機輸出PWM控制氣泵充氣放氣調整袖帶內氣壓ADC采樣。傳感器是一種能夠將非電量轉化為電量的器件。壓力傳感器則是將外界氣壓的變化轉化為電量的變化。這個變化的弱信號通過放大濾波電路處理后即可送入單片機進行處理。首先是傳感器信號的處理。由于MPS20N0040D-D型壓力傳感器直接輸出的是變化較小且不平滑的模擬信號，我們需要對其輸出的信號進行放大及濾波處理。分別采用LM358運放芯片及TPA2012 (D類音頻功放)濾波芯片，其原理圖如圖3-3、3-4所示。圖3-3 信號放大電路圖3-4 濾波電路圖3-5 MOS管驅動電路其次是氣泵的驅動。由于驅動氣泵給袖帶充氣需要較大的電流，而單片機I/
30、O口輸出的電流較小，無法驅動氣泵。因此需要用MOS管進行電流的放大，進而驅動氣泵進行充氣。如圖3-5所示為MOS管驅動電路。最后血壓的測量需要以下材料：袖戴 血壓計模塊 氣泵 電磁閥 泄氣閥導氣管，如圖3-6所示。圖3-6 材料示意圖3.3 溫度檢測模塊熱電偶實質上是一種能量轉換裝置器。它能夠將熱能轉換為電能，再通過測量產生的熱電勢來計算溫度。市場上有很多不同種類的溫度傳感器，但是精度高且價格低廉的溫度傳感器，選用K型熱電偶最為合適。如圖3-7所示為K型熱電偶實物結構圖。圖3-7 K型熱電偶實物圖由于熱電偶的變化量小之又小，我們需要放大電路其輸出信號進行處理。它的處理電路通常采用MAX6675
31、電路。MAX6675是一種復雜的單片熱電偶數字轉換器，其內部結構如圖3-8所示。其中，A1為低噪聲放大器，T和T-輸入端連接到A1，起到放大信號和隔離低外界噪聲干擾的作用。A2為電壓跟隨器，信號通過A2起到緩沖的作用，增大電路帶負載的能力。模擬信號最后被送入ADC轉換器，單片機通過SCK、SO、CS三端與MAX6675相連，通過SPI協(xié)議讀取溫度數據。值得強調的是，MAX6675能夠進行冷端補償，這也是熱電偶測溫精度較高的重要原因之一。如圖3-9所示為單片機與溫度檢測電路之間電路連接圖。圖 3-8 MAX667內部結構圖 圖3-9 單片機與溫度檢測電路連接圖3.4 GPRS/GSM模塊GPRS
32、(General Packet Radio System)支持電話、短信、上網等功能。即使沒有外部網絡，沒有WIFI，只需要有一張手機卡就能夠將數據進行上傳。本系統(tǒng)的創(chuàng)新之處在于這個部分。GPRS模塊能夠將數據發(fā)送至服務器。由于數據發(fā)送端位置并非一成不變的，而是要達到“永遠在線”的效果，因此必須采用GPRS這種移動網絡接入的方式來達到實時傳輸數據的要求。如圖3-10所示為GPRS模塊的實物功能圖。圖3-10 GPRS模塊的實物圖3.5 電源模塊一個穩(wěn)定的電源是系統(tǒng)穩(wěn)定運行的基礎。為便于老人隨身攜帶，本系統(tǒng)的電源采用以下方式供電：1)采用5V電壓供電?？芍苯影沧坑檬謾C充電頭連接在220V交流插座
33、上，若出門在外亦可通過安卓數據線用充電寶供電。2)電池供電，可直接用4節(jié)干電池串聯(lián)供電。穩(wěn)壓電路如圖3-11所示。圖3-11 穩(wěn)壓電路原理圖3.6 硬件實物系統(tǒng)的總體硬件實物圖如圖3-12所示。為了方便隨身攜帶，將系統(tǒng)進行組裝后的實物圖如圖3-13所示。圖3-12 基于安卓的老年人健康監(jiān)護系統(tǒng)總體硬件實物圖圖3-13 基于安卓的老年人健康監(jiān)護系統(tǒng)實物圖4 系統(tǒng)軟件設計4.1 基于安卓的上位機軟件設計App Inventor的設計優(yōu)點在于它不需要任何的編程基礎，操作也很簡單。但是用它設計的APP功能齊全，界面也很美觀，很符合本系統(tǒng)設計的需求。為方便用戶及其親人查看用戶身體各項參數，本系統(tǒng)利用AP
34、P Inventor設計了一款手機APP，能夠實現(xiàn)以下功能：1) 該手機APP設計了用戶登錄界面，能夠針對每一個用戶顯示該用戶的健康信息，用戶需要先注冊一個賬號，然后在下位機上進行相應的設置，即可在APP上看到自己的測試數據。登錄界面如圖4-1(a)所示。2) 在該手機APP登錄后進入功能選擇界面。包括人體健康數據顯示功能、計步器功能和指南針功能，功能選擇界面如圖4-1(b)所示。3) 人體健康數據顯示界面。能夠將該用戶的血壓、脈搏、體溫數據以畫圖的形式實時顯示在手機上，而且還能夠根據自己的需要選擇自己想看的數據。數據顯示界面如圖4-1(c)所示。4) 計步器界面。能夠計算老人步行的數目，計步
35、器界面如圖4-1(d)所示。5) 指南針界面。給迷路的人指明前進的方向，指南針界面如圖4-1(e)所示。在APP Inventor上設計APP，只需要對進行相關頁面的組件設計和邏輯設計即可。組件設計就是把一些需要的控件如按鍵、文本、計數器等拖入設計框中，邏輯設計就是對設計框中的組件的屬性進行一系列的邏輯設計。組件設計和邏輯設計框圖如圖4-2所示。(a) 登錄界面 (b) 功能選擇頁(c) 人體健康數據歷史曲線 (d) 計步器界面(e) 指南針界面圖4-1 用戶顯示界面圖4-2 APP的組件設計和邏輯設計界面4.2 基于Html和PHP的網頁設計直接利用Html與PHP語言進行網頁的設計。PHP
36、腳本供服務器動態(tài)運行，而Html語言生成靜態(tài)網頁。服務器地址為http:/ 基于Html和PHP的代碼截圖圖4-4 服務器截圖圖4-5 歷史健康數據顯示網頁4.3 基于ARM的下位機軟件設計4.3.1 微處理器程序設計本設計以STM32F103C8T6單片機為核心，采用MPS20N0040D-D型壓力傳感器、熱電偶、串口觸摸屏、GPRS模塊等電子器件，實現(xiàn)了對溫度、血壓、脈搏信號的采集并在串口屏上顯示，為實現(xiàn)數據的遠程查看，利用GPRS模塊發(fā)送數據至服務器，并制作手機APP，最終將數據顯示在手機上。本系統(tǒng)主程序流程圖如圖4-6所示。圖4-6 主程序流程圖其中利用單片機進行血壓測量的過程如下：氣
37、泵充氣。判斷血壓測量按鍵有效后，控制單片機信號端輸出PWM控制氣泵充氣，直到滿足第一個ADC通道測到的血壓直流分量大于4V，且測到血壓交流分量必須在大于1.6V并小于4.9 V兩個條件時，停止充氣。當同時滿足這兩個條件時，說明達到預定氣壓(200mmHg)，控制電磁閥停止充氣。2)測量血壓。單片機輸出PWM控制氣泵進行勻速放氣，同時通過ADC2采樣測得血壓交流分量值，并求出每個心跳脈沖的最大值，并計算出血壓直流分量的平均值。把這一對最大值和平均值記錄下來，該數據與心跳脈沖一一對應。3)計算收縮壓(高血壓)和舒張壓(低血壓)。當氣壓低于50 mmHg時結束血壓測量，即當ADC1測到的血壓直流分量
38、小于1 V時結束。在記錄下來的若干組數據中，找出所有最大值中最大的數據記為Amax。再從這組數據往前找出最大值與0.5*Amax最為相近的一對數據，其中的血壓直流分量即為收縮壓；再從這組數據往后找出最大值與0.8*Amax最為相近的一對數據，其中的血壓直流分量即為舒張壓。4)ADC數據處理。首先是對噪聲的處理，ADC采集的數據受到電源、手臂等摩擦的影響，因此采用的濾波方法如下：多次測量，去除其中變化較大的數據，然后取剩下數據的平均值。其次是采用頻率的處理。此處ADC2的采樣率為2 kHz，ADC2是用來測量血壓交流分量的采樣通道。關于ADC2采樣頻率的選擇，2 Hz是心跳脈沖的上限頻率，而心跳
39、脈沖周期約為峰值出現(xiàn)時間的100倍，又因為在峰值附近需要采10次ADC值，故ADC的采樣率為：2 Hz/1%*10=2 kHz。異常處理a.在充氣過程中，如果在規(guī)定時間內沒有滿足停止充氣的條件則重新開始測量。但如果連續(xù)三次都沒能滿足條件，就返回錯誤指令。b.與充氣過程相似，在放氣過程中，如果在規(guī)定時間內沒有滿足停止放氣的條件則重新開始測量。但如果連續(xù)三次都沒能滿足停止條件，就返回錯誤指令。c.測量結束后，如果測量得出的數據不合理，則開始重新測量，如果連續(xù)三次測得的數據都不符合要求，則停止測量并返回錯誤信息。脈搏信號可從血壓測量信號中分離，測得的ADC0采樣信號大致如圖4-7所示，其中心跳周期T
40、為兩個峰峰值間隔的時間，則脈搏值為1/T(搏/分)。圖4-7 ADC0波形示意圖血壓及脈搏測量程序流程圖如圖4-8所示。圖4-8 血壓及脈搏測量程序流程圖4.3.2 HMI串口觸摸屏程序設計HMI為Human Machine Interface的縮寫，是人機界面的意思。之所以選用這種串口屏進行數據顯示，就是因為老人可能因為年齡原因，看不清楚OLED上的小字。而這種觸摸屏的字體可以自由設置，十分清晰。觸摸屏與單片機之間通過串口協(xié)議進行通信。當點擊觸摸屏時，它能夠給單片機返回指令，單片機也可以通過串口指令在屏幕上顯示一些必要的數據。它的界面設置如圖4-9所示。(a) 解鎖界面(b) 軟件介紹界面(
41、c) 數據接收界面圖4-9 串口屏界面設計5 系統(tǒng)調試系統(tǒng)的軟硬件都是要經過不斷的測試和調整，最終才能夠實現(xiàn)系統(tǒng)預定的功能。整個調試過程包括上位機APP、下位機和整個系統(tǒng)的測試。5.1 下位機調試首先檢查硬件電路有沒有漏焊、短路或者斷路的問題，保證硬件電路的正確性。然后進行軟件的編寫，編程環(huán)境為Keil5。把編寫完成的軟件通過Jink下載到制作的實物中，觀察其效果，根據設計要求，不斷地進行測試和調整，得到最終的實物。接入電源，顯示屏即被點亮。帶上袖套，當按下測試按鈕時，開始進行人體數據測量。在測量血壓數據時要注意保持心境平和，測試前不要激烈運動，測試時手肘與心臟大約保持齊平，否則不能保證數據的
42、準確性。測量結束后，數據會自動顯示在觸摸屏上。下位機調試界面如圖5-1所示。圖5-1 下位機調試過程5.2 上位機測試利用APP Inventor進行手機APP的設計。通常每設計一部分都要先進行測試才能進行下一部分的設計。APP的測試使用的是安卓模擬器，這樣就可以在電腦上直接進行類似仿真的操作。利用網絡連接助手對服務器進行測試。測試結果如圖5-2所示。圖5-2 服務器數據測試5.3 組裝聯(lián)調將上位機和下位機連接起來進行測試。利用本設備檢測不同個體身體健康情況的測試數據如表1所示。(綠色為超過閾值的非正常報警值)表格 1 實驗結果測量數據類型最高血壓(mmHg)125139128149131最低
43、血壓(mmHg)7892758381心率(次/分)7980797876體溫(C)35.636.836.237.938.2系統(tǒng)的測試圖如圖5-3所示。圖5-3 用戶測試5.4 測試結果及分析系統(tǒng)實現(xiàn)了以下幾點功能：1)利用壓力傳感器檢測人體最高、最低血壓；2)從血壓信息中分離心率信號并計算；3)利用熱電偶檢測人體溫度；4)通過觸摸屏顯示各項數據，并通過鎖屏進行系統(tǒng)保護；5)利用Html和PHP語言設計網頁，能夠對數據傳輸模塊發(fā)過來的數據進行接收、存儲和顯示。6)利用App Inventor設計一款基于安卓手機的App實現(xiàn)數據的顯示與預警。6 結論在基于安卓的老年人健康監(jiān)測系統(tǒng)的設計過程中，我了解
44、到許多從未接觸過的問題。一開始我對網頁設計和手機APP的制作并不了解，又為了制作一個功能完善、運行穩(wěn)定、算法可靠的實物作品，在畢業(yè)設計題目剛定下來的時候我就努力學習了一些需要用到的知識算法，包括php、html、app inventor，因為在大學期間大多數時間都在進行硬件設計和簡單的單片機C語言編程，并未接觸到到網頁設計、APP編程這些知識，因此學習起來是一個相對漫長的過程。特別是在這種時間緊迫的時候，因此自己學習的很多知識也不夠深入。但是，但凡學到的知識，都是我的收獲。在制作過程中，我遇到過很多前所未有的難題，例如“TCP/IP協(xié)議是什么”、“單片機如何將數據傳送到服務器”、“網站是如何進
45、行搭建的”等一系列問題，但是隨著問題的一點點深入、一步步解決，我能夠更加主動的去學習、去探索未知的世界，我學到的也越來越多?，F(xiàn)在，系統(tǒng)的設計已經基本完成?；仡櫿麄€制作的過程，從去年11月份確定畢設題目開始，我就在學校的圖書館資源上下載了許多的相關文獻，在閱讀文獻的過程中學習一些已經完成的類似課題的方案，然后選出最佳最適合的方案；所謂實踐是檢驗真理的唯一標準，在寒假結束返校之后我就立馬開始了實驗方案的驗證，經多次驗證之后才確定了現(xiàn)在的方案。方案確定后，我把每個模塊都分別制作、測試完成后，收獲進行整個系統(tǒng)的組裝。不論做什么都要一步一步腳踏實地的去做。通過畢業(yè)設計的制作，我收獲的不僅是學到的實實在在
46、的知識，更重要的這次經歷讓我明白：要感謝生命中的每一次困難，都能讓我變得更加強大！參考文獻1 聶涅.基于Internet的遠程智能醫(yī)療輔助診斷系統(tǒng)D.西安電子科技大學，2001.2 侯桂英，孫佰清，關振中，馮英浚. 應用智能醫(yī)療診斷系統(tǒng)診斷高血壓的研究J.哈爾濱醫(yī)科大學學報,2003,37(3):223-225.3 周銀成. 基于Android的老人健康監(jiān)護系統(tǒng)的軟件設計與實現(xiàn)D.華中師范大學,2014.4 李浩. 采用STM32F103芯片的紅外測溫儀設計J.電子產品世界,2013,2(9):54-56.5 于曉偉，左憲章，尹文龍，康健. 裝備維修保障信息支持系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)J.電腦開發(fā)與應
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48、能醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)的研究D.太原理工大學,2012.10 Sivakumar,W.Robertson,M.Artimy,N.Aslam,“A web-based remote interactive laboratory for internetworking education”C.IEEE Transaction on Education,2005:586-598. 11 Hansen.Luisada.Phococardiohraphy as a monitor of cardiac performance during anesthesiaJ. Anesth Anlog,1989,5(2):
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51、鋒. 基于機敏網的裂縫信號判斷與處理技術研究D.重慶交通大學,2015.20殷鑄靈. 低頻小信號放大電路的研究D.北京郵電大學,2012.致謝在論文的尾聲，回顧著論文制作的過程，瀝瀝在目。在這個過程中自己通過查資料、看文獻逐漸開始了解遠程醫(yī)療的一些發(fā)展，同時也對自己在畢設上的一些疑問或者想法有了一個更高的理解，使得自己能夠更好的完成畢業(yè)設計，為自己的本科生涯交上一份滿意的答卷。在這里首先應該感謝的是我的指導老師蔣敏蘭老師，蔣老師對我的幫助不僅僅體現(xiàn)在這個畢業(yè)設計的完成過程中，平時也是在她的細心指導以及耐心培訓下才使得我在一些專業(yè)性的比賽中拿到較好的成績。更重要的是，這個過程也強化了我的自學能力、編程能力和動手能力。此外，蔣老師在競賽方面的培訓和在教書過程中的嚴謹態(tài)度給我的本科生涯指導了一條明路。再者還要感謝實驗室的潘日敏老師，在畢業(yè)設計完成的過程中因為有了潘老師的幫助我才能順利完成，他平易近人的態(tài)度給了我很大幫助，平常在他的指導下我學到了很多知識，而畢設的網頁設計也是有了潘老師的指導才能做好。同時也感謝在這個過程中為我提供幫助的實驗室各位老師，以及周邊的學長學姐。因為你們的幫助我才能更好的完成這個任務。附錄1：電路圖附錄2：PCB圖附錄3：實物圖附錄4：手機APP界面31
基于安卓的老年人健康監(jiān)測系統(tǒng)
