基于Android的动态心率检测系统的设计与实现

魏晋+张建莉+王楚凡+邵叶凡+张兆阳

摘要： 关键词： 中图分类号： 文献标志码： A文章编号： 2095-2163（2017）06-0073-03

Abstract： Taking the portability， convenience and low cost as the design target， the functions design and integration are realized among Android mobile phone， Bluetooth chip and signal acquisition chip， which have captured and saved the relevant parameters of the heart. On the basis of the clinical diagnostic criteria， acquisition parameters are analyzed and the proposal test report is also generated. In practical use， the proposed design could play a positive role in monitoring， treatment and prevention of cardiovascular diseases.

0引言

2017年随着《中国心血管病报告2016》的公布，在中国因为疾病而死亡的统计中，血管类疾病所占的比例最高，在今后的10年中国内的心血管患者还会逐年增加，并且呈低龄化发展的趋势[1]。对于预防或治疗心血管类型的疾病，每日的自我检查、自我防控是目前值得推荐的可靠可行方法。在临床中使用最广泛的心率检测设备就是“Holter”（动态心电图）。“Holter”需要24小时不间断的动态监测，不能遗漏任何时间段内的心率数据记录，这是因为对于心血管疾病的检测，只有当患者有自觉症状时，捕获的心脏参数才能用作有效的临床诊断依据。

佩戴“Holter”首先需要患者到医院进行申请，但是医院的“Holter”资源也是有限的，即使申请到也不可能允许一个患者长期占有，并将其作为日常的检测设备使用。此时，将亟待寻求一种办法可以使人们随时都可以检测并记录自己的心脏参数，并随即做出一份系统、专业的分析报告即已成为研究学界的重点课题。为此，基于当前的实际功能需求，将心率采集芯片和人们日常的Android手机进行结合，开发和设计一款便携性高、检测时间短的APP软件，就可以满足上述的需求。

1系统需求分析

1.1系统功能需求

动态心率检测系统分为蓝牙连接、心率信号采集、信号数据分析、检测报告、用户设置五个部分，整个系统使用BMOB云端数据库作为底层的数据支撑。蓝牙连接部分要实现心率采集设备与用户Android系统的连接、数据传送等功能。在面对蓝牙芯片类型选择这一问题时，考虑到用户Android系统版本的不同，以及设备之间兼容性的情况，本系统采用了在市场中使用较多的BK3231芯片[2]。心率采集部分也是采用了时下较为流行的BMD101心电采集模块，该模块可以通过人体指夹电极来获取生理信号，对生理信号依次经过扩大峰值、滤波、降噪、转换数字信号等一系列处理步骤后保存在暂存器中。生理信号主要包括心率、呼吸速率、R-R心率间隔等参数指标。分析部分是整个系统的核心，这部分要依据采集到的生理信号，并参照临床医学诊断标准来展开详尽分析，最后还要给出建议性的分析与评估报告。用户设置部分主要对系统的使用习惯、方式、登录信息等建立偏好性设置，以及对以往检测参数和报告进行浏览查阅。

1.2系统主要工作流程

系统的运行流程如图1所示。

2.2系统整体架构设计

本次研究系统架构主要是由蓝牙连接、心率信号采集和信息分析报告三部分构成。整个系统通过蓝牙搜索与匹配Android用户来创建心率信号采集与用户之间的数据传送渠道，当蓝牙和用户端连接后，采集过程就可以开始运行。心率信号的采集是通过指夹电极获取的，由于指夹电极获取的心率信号存在峰值较低、区段不明显、信号不易区分等缺点，所以要将捕获的心率信号进行峰值放大处理才能使用。在放大心率信号峰值的过程中，同时也会产生一些噪声干扰，这个时候的心率信号还是不能使用，要继续递进引入滤波、转换数字信号、数据暂存等多个步骤后才可以使用。寄放在暂存器中的生理信号数据分别通过串口TX和RX与Android用户之间进行实时交互发送，Android用户端在获取生理信号后，根据心率数据动态生成实时心率图，并动态记录呼吸速率与R-R心率间隔数据，为最终呈现推出的分析报告提供依据。系统整体架构如图3所示。

3关键技术的设计与实现

3.1蓝牙搜索匹配的实现

本系统蓝牙采用BK3231芯片，加电后芯片处于侦听状态，Android系统用户端要进行主动搜索、匹配才可以建立连接。Android系统用户端要想使用蓝牙功能，必须要采取权限注册和通过实例化BluetoothAdapter来组合操作后最终达成。主要实现代码如下所示：

3.2Android绘制心率图的实现

在Android中绘制波形图是一个难点，本系统使用View的继承类SurfaceView来设计完成。在实际的开发过程中，研究发现通过SurfaceView来绘制图形的效率、精度和可操作性均可堪称优等。心率图背景刻度的实现选用的方法是将提前绘制成型，并带有刻度的图片作为SurfaceView的Background属性嵌套在LinearLayout中，这样一来，即便波形图在动态变化着，而刻度背景却不会发生关联更改[3]。研发代码可见如下：

3.3R-R间隔分析的实现

R-R间隔数值是分析功能中最重要的指標参数。根据临床医学诊断标准，系统以R-R间隔值600和1 000作为分隔点，分别对小于600、大于600且小于1 000和大于1 000三个区间段进行分析，在分析过程中还需要添加心率参数作为辅助项，且时间单位设为ms，所以在程序设计中要将时间单位s全部转换为单位ms，使整个系统单位达到规范、统一。

4系统实现

以硬件芯片的工作参数属性为基础，结合Android系统的特点，并按照系统的需求、系统整体架构设计预期，将硬件和软件进行通盘规划、全局整合，系统运行的效果如图4所示。

5结束语

基于Android的动态心率检测系统，充分利用当前便携、低成本的手机Android系统作为开发平台，将蓝牙芯片、生理信号采集芯片进行有效的功能整合，并依据临床诊断标准在对捕获信息实现处理分析后，给出最终的检测与建议性分析报告。同时，还可以为当心血管患者突然遇到自觉症状时的心脏参数采集提供重点攻关解决方案。本系统使用方便、快捷，在经过实际测试后运行效果良好，具有实际的推广价值意义。

参考文献：

[1] 陈伟伟，高润霖，刘力生，等. 《中国心血管病报告2016》概要[J]. 中国循环杂志，2017，32（6）：521-530.

[2] 朱金荣，韩东利. 基于Android蓝牙通信的交通控制系统研究[J]. 现代电子技术，2016， 39（22）：89-91.

[3] 于营，江翠婷. Android平台二维码生成技术研究与应用[J]. 电子测试，2016， 36（20）：36-38.endprint