基于Android便携式人体健康监测系统设计

高明华++许丽金++柯成成++杨根红

摘 要： 便携式、小型化是现代医疗器械的一个重要发展方向。为了监测人体的脉搏、体温等参数，实时监测人体的健康状态，设计了一款基于Android的便携式人体健康监测系统。通过温度传感器和脉搏传感器实时采集人体的体温、脉搏等信息，经单片机处理后由蓝牙上传至手机APP，手机端接收数据并对数据进行分析、处理、显示并给出合理化建议。实验结果表明，该系统监测结果稳定可靠、简单易用。

关键词： 智能医疗； 数据采集； 健康监测； 手机APP

中图分类号： TN919?34 文献标识码： A 文章编号： 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

随着科技的发展和社会的进步，人们对个体生命价值的认知不断提升，人类的健康观念、方式和途径都发生着深刻的变化[1]。人们对健康的关注度逐步提高，越来越多的人希望依靠及时有效的技术手段来保障生命的安全。目前國内智能医疗领域发展缓慢，且智能医疗设备存在质量参差不齐、价格昂贵等问题，难以满足社会对此类产品的迫切需要。因此，设计一套便携式、经济实用、合理可靠且易于普及的便携式人体健康监测系统必将受到社会的欢迎。

人体健康监测系统是对人体生命体征进行检测和监视的技术，可实时、连续、长时间地检测人们的重要生理特征参数，并将获得的数据传送给手机APP，进行显示和保存。用户可以通过文本形式或者折线图显示查看历史测量数据，以供用户进行分析。现有的医疗设备对于被监测人，一般由专业人员定期测量体温、脉搏等生理参数，这种方式浪费了大量的时间和精力，降低了工作效率和服务质量；而且在检测过程中需要被监测人处于自然状态，被监测人稍有心情紧张，感到不自然，就会导致检测到的数据不准确。以上监测方式有明显的不足，因此本文希望以一种低成本、高可靠性的便携式人体健康监测系统来替代传统方法。针对当前社会的需求，从经济实用的角度出发，设计了一种便携经济的人体健康监测系统，实现了对人体体温、脉搏等信息的采集。同时，结合蓝牙技术和手机APP完成对监测数据的显示和分析，APP将监控终端采集到的历史数据保存在数据库中，实现了数据的无纸化记录。

1 系统总体设计

本文综合运用单片机技术[2]、HC?05嵌入式蓝牙通信技术和智能手机APP技术，设计了基于Android便携式人体健康监测系统，人体健康监测系统结构如图1所示。

系统主要由健康监测终端和智能手机APP两部分组成。监测终端通过温度传感器和脉搏传感器采集人体体温、脉搏等信号，经单片机处理后，在LCD显示屏上实时显示；蓝牙发送模块将监控终端的数据通过无线信道发送至手机；手机APP接收数据并保存，手机APP界面通过文字和折线图的方式来显示数据，同时APP将对当前的测量指标给出评价，并提供健康建议。

2 系统硬件设计

系统硬件由主控模块、采集模块、显示模块和通信模块四部分组成。主控模块采用STC89C52单片机作为主控芯片；采集模块分为体温采集和脉搏采集模块，体温采集模块采用NTC热敏电阻采集温度信息，经A/D转换电路转换成数字量后交由单片机处理[3]。脉搏采集模块采用基于SON3130心率IC设计的SON1205脉搏传感模块，其输出信号类型为0～3 V的方波；显示模块为1602液晶显示屏，用于显示体温和脉搏信息；通信模块采用HC?05蓝牙串口模块，可直接与单片机串口进行通信，并可与带有蓝牙功能的电脑、手机等智能终端配对。监控终端硬件

原理图如图2所示。

体温采集模块温度传感器采用电子体温计专用高精度NTC热敏电阻[4]，在37 ℃时的阻值误差范围仅仅为50 Ω，阻值精度高达0.16%，灵敏度为0.1 ℃。体温采集模块利用NTC热敏电阻阻值在不同温度下发生改变的特性，通过TLC1549芯片将NTC阻值采样并转换成数字量，交由单片机处理。根据NTC阻值随温度的变化特性，再结合校正补偿算法可计算出当前人体温度。

脉搏采集模块利用红外光电传感器实现脉搏信号的采集，并通过处理电路对采集的初始脉搏信号进行滤波、放大以及整形处理，最终使其转变为单片机可识别的脉冲信号[4]。本系统采用基于SON3130心率IC设计的SON1205脉搏传感模块，其输出信号类型为0～3 V的方波。每当脉搏跳一次，其输出一个方波，输出的方波作为单片机的计数器中断信号由单片机计算处理后输出结果。

显示模块采用1602型液晶，1602液晶显示屏是一种专门用来显示字母、数字、符号等字符的点阵型液晶模块。工作电压为3.3～5 V，对比度可调，内含复位电路，提供各种控制命令等。在本系统中利用1602液晶屏来显示采集的人体体温、脉搏数据。

通信模块采用HC?05蓝牙串口模块，本模块可直接与单片机串口进行通信，并可与带有蓝牙功能的电脑、手机等智能终端配对，将单片机处理后的数据发送至手机APP。

3 系统软件设计

本系统软件设计主要包括监测终端软件设计和手机APP设计。监控终端软件设计包括单片机初始化程序、体温、脉搏传感器驱动程序、LCD驱动程序、蓝牙模块驱动程序等。手机APP设计包括数据接收、数据显示和数据保存三大方面。

3.1 监测终端软件设计

单片机初始化程序包括I/O口初始化、串口初始化、定时器初始化等[5]。体温传感器驱动程序主要为控制TLC1549芯片完成电压值的A/D转换，并读取A/D转换后的数字量用于体温值的计算。脉搏传感器驱动程序实现的是对脉搏信号的计数功能。监控终端程序流程图如图3所示。

首先完成定时器0和外部中断0的初始化，即设置定时器0的工作模式，外部中断0的触发方式等。初始化完成后通过外部中断服务程序和定时器终端服务程序来完成规定时间内脉搏信号的计数功能。LCD驱动程序包括1602显示屏的初始化程序、字符读写操作程序以及字符显示程序。该部分程序设计好以后主程序可直接通过调用显示函数将体温、脉搏数据在LCD屏幕上以指定格式显示。蓝牙模块驱动程序中首先进行串口的初始化，设置蓝牙串口的工作方式、数据格式以及波特率[6]，它实现的是把处理后的体温、脉搏等信息发送至手机APP。

3.2 手机APP设计

手机APP程序结构图流如图4所示。

手机APP设计采用App Inventor[7]设计完成。实现数据接收首先需要完成的是手机蓝牙与监控端HC?05蓝牙模块进行配对，配对成功以后，利用App Inventor中自带的蓝牙客户端组件实现数据的接收。数据接收完成后，在App Inventor中搭建代码来判断获取的体温、脉搏值是否正常。如超出正常范围，APP自动给出相应的健康建议，同时界面图形将发生相应的颜色变化来提示用户当前的健康状态。每次测量完毕后，利用App Inventor中的微数据库组件保存当前测量的体温、脉搏等信息，同时利用计时器组件获取系统当前时间，并将之保存在微数据库中。

本系统的手机APP主要实现的功能有：开机画面、用户登录注册、接收数据、动态显示数据、分析判断数据、给出健康建议以及保存数据。

打开手机APP，首先点击注册按钮进入注册界面填写相关的信息，用户注册完成后即可进行登录。用户登录成功后界面将自动跳转到APP的主界面即健康测量界面，它的主要功能是实时数据的显示。当蓝牙连接完成后，就可以进行实时数据的接收与显示，点击开始测量按钮，界面上将会开始動态显示体温和脉搏数据，图5为健康测量界面。最后手机APP能根据成人心率60～100次/min，体温36～37 ℃的参考值，对不同测量结果的测量值给出相应的健康建议。

健康记录界面用于历史测量数据的显示。APP将监控终端采集到的历史数据保存在数据库中，实现了数据的无纸化记录。用户想要查看以往的测量记录时，本系统设计了两种人性化的界面显示历史数据：一是以文本形式一条条在健康记录界面显示；二是将近期数据绘制成折线图显示。

4 系统测试

系统设计完成后，分别对监控终端和手机APP进行测试。监控终端能够准确采集体温和脉搏信息，并通过蓝牙模块实时发送至手机APP，同时在LCD显示屏上实时显示。手机APP能够与监控终端蓝牙模块[8]正常配对，输入正确的用户名和密码后能够正常登录，并将测量信息在界面上实时显示。APP能够根据不同的测量值给出相应的健康建议，并能够记录以往的测量值，将以往测量值以文本形式或折线图形式显示。

根据中华人民共和国医用电子体温计标准（GB/T 21416?2008）中规定：

（1） 体温计的设计分辨率应小于或等于0.1 ℃。

（2） 体温计最大允许差在低于35.3 ℃时为±0.3 ℃；在35.3～36.9 ℃时为±0.2 ℃；在37.0～39.0 ℃时为±0.1 ℃；在39.0～41.0 ℃时为±0.2 ℃；高于41.0 ℃时为±0.3℃。

在实验室选取了10个样本对系统进行了测试。用本系统测量了6个样本的体温和脉搏，并与实际值相比较，分辨率和误差都在规定范围内。监控终端的测试值和实际值比较如表1所示。

5 结 语

本文设计了一套基于单片机和手机APP的便携式的人体健康监测系统，能够实现对人体温度和脉搏等信息的采集。手机APP将采集的信息进行保存和显示，并根据不同的测量值给出相应的健康建议，且用户可随时查看自己的历史测试记录。本系统结构简单，并采用模块化的设计方式使系统易于扩展和升级。测试结果表明，本系统在实际应用过程中稳定度好并具有较高的灵敏度，能满足一般家庭的使用需求。结合其成本低并且简单易用的特点，有一定的推广价值和应用前景。

参考文献

[1] 郭志涛，郭忠，王振.基于Android平台的智能医疗系统的设计与实现[J].郑州大学学报（工学版），2014（6）：60?63.

[2] 丁向荣，陈崇辉.单片微机原理与接口技术：基于STC15W4K32S4系列单片机[M].北京：电子工业出版社，2015.

[3] 李亚彬.基于无线控制与无线传输的数据采集系统[D].南京：南京理工大学，2007.

[4] 范寒柏，谢汉华.基于NTC热敏电阻的三种高精度测温系统研究[J].传感技术学报，2010（11）：1576?1579.

[5] 刘少军，王瑜瑜.基于单片机控制的空气质量检测系统的设计[J].机械与电子，2015（1）：53?56.

[6] 李伟，吴效明.基于蓝牙技术的嵌入式多生理参数监护仪[J].微计算机信息，2006（2）：29?31.

[7] 黄仁祥，金琦，易伟.人人都能开发安卓APP（App Inventor2应用开发实战）[M].北京：机械工业出版社，2015.

[8] 周玮宁，施荣，沈连丰.基于蓝牙技术的无线医疗监护系统[J].现代电子技术，2004，27（1）：77?80.