基于安卓平臺的心電遠程監控系統

李瑩 劉炳言 李昱釗 楊麗芳

摘 要本文設計了一種便攜的基于安卓平臺的心電監護系統。該系統由心電采集模塊、單片機模塊、藍牙模塊、安卓APP顯示模塊組成。心電采集模塊采集到的數據通過單片機模塊進行AD轉換之后經由藍牙模塊將數據傳輸至安卓手機顯示和分析，從而實現對心電圖的觀察，提供了一個可靠的家用健康監護平臺。

【關鍵詞】心電 AD轉換 藍牙 安卓

隨著科技的發展和人們生活習慣不斷變化，心臟類疾病的發病率越來越高且呈年輕化趨勢發展，同時，患者需要能夠進行日常康復工作、減少高額且不必要的醫院監護。而目前的心電監護設備成本高，體積大，使用場所局限于醫院。考慮到這些因素并結合目前智能終端設備迅猛發展的趨勢，我們研發了基于安卓平臺的心電遠程監控系統，它具有低功耗、小體積、低成本，可便攜等優點。

1 心電信號采集模塊

心電信號采集模塊主要是完成心電信號的采集和處理，對心電信號進行放大濾波之后傳輸給單片機。我們采用的是ADI公司新推出的一款用于心電及其他生物電測量的集成信號調理模塊——AD8232芯片。主要是提取、放大及過濾微弱的生物電信號。因其低成本、低功耗、小尺寸等優勢被廣泛應用在便攜式健身設備、遠程醫療監護終端、等多種電子設備上。

AD8232芯片采用三電極單導聯的方式完成信號的采集，采集信號包括左臂驅動，右臂驅動，大腿驅動（本文中不采用此電極，此電極主要用于改善系統的共模抑制性能）。通過連接到左臂驅動電極+IN和右臂驅動電極-IN貼在人體上進行心電信號的采集，在芯片外圍電路添加電阻、電容等元器件并通過調試實現芯片內部功能部件的功能，從而實現模塊濾波等信號處理等功能，最終將處理后心電信號通過OUT端即運算放大器輸出端輸出，連接到單片機AD轉換引腳的輸入端。

實驗過程中根據實際情況適當調節電阻電容以更好的實現心電信號的采集及濾波等處理。

2 單片機模塊

單片機應用程序的設計主要包括各端口和寄存器聲明、各參數初始化、串口初始化、ADC初始化、讀取模數轉換結果、發送串口數據、PC顯示結果、軟件延時和主函數。STC15F2K60S2芯片可實現10位模數轉換。主要實現過程如下：經過初始化串口和ADC來設置串口并對單片機進行初始化，此后進入主循環，即單片機從所選信號輸入通道讀取數據，利用函數對數據進行ADC轉換后返回ADC結果，當前一個數據發送完畢后，輸出當前數據。

3 藍牙無線傳輸設計

3.1 藍牙硬件模塊的選擇

我們選擇BMX-03A作為藍牙硬件模塊，它是一款藍牙轉串口模塊，可以通過串口來和單片機以及主控芯片連接，版本為2.0。該模塊采用CSR BlueCore芯片，配置有8Mbit的軟件存儲空間，支持AT指令，用戶可根據需要更改設備名稱、主從模式、配對密碼、串口波特率等參數，使用起來非常的靈活。

3.2 安卓環境下藍牙模塊連接的設計

安卓平臺的藍牙系統是基于BlueZ實現的，支持GAP、SDP和RFCOMM規范。由于我們是串口通信，所以主要利用藍牙的RFCOMM協議來完成數據的傳輸。

其主要開發步驟如下：

（1）設置權限：在文件AndroidManifest.xml中聲明使用藍牙的權限，代碼如下

（2）啟動藍牙：通過bluetooth.enable（）打開藍牙，并獲取藍牙適配器對象。

（3）搜索藍牙：通過startDiscovery（）方法搜索附近的藍牙設備，為連接做準備。

（4）建立連接：通過藍牙設備的MAC地址來建立連接。我們選擇的是藍牙串口協議SPP，其對應的UUID為00001101-0000-1000-8000-00805F9B34FB。

4 安卓手機端的應用程序設計

4.1 安卓平臺的搭建及實現

Android是一個多任務的操作系統，可以多線程同時運行，以便能同時處理不同的功能。在本設計中，應用程序包含1個主線程和2個獨立進行的子線程——讀寫線程和繪圖線程。

4.2 讀寫線程的設計

在藍牙連接之后，需要進行數據的通信。藍牙上的數據讀寫主要是通過socket.getInputStream（）和socket.getOutputStream（）來實現的，構造方法如下：

publicReadWriteThread（BluetoothSocket socket， Context context） {

Log.i（MainActivity.TAG， "構造ReadWriteThread"）；

mmSocket = socket；

this.context = context；

InputStreamtmpIn = null；

OutputStreamtmpOut = null；

// 獲得bluetoothsocket輸入輸出流

try {

tmpIn = socket.getInputStream（）；

tmpOut =socket.getOutputStream（）；

} catch （IOException e） {

Log.e（MainActivity.TAG， "創建sockets不成功"， e）；

}

mmInStream = tmpIn；

mmOutStream = tmpOut；

}

4.3 繪圖線程的設計

主要步驟如下：

（1）初始化畫筆，畫布：

Paint p = newPaint（）；

p.setColor（Color.BLACK）；// 畫筆顏色為藍色

p.setStrokeWidth（linewidth）；// 畫筆的粗細

p.setAntiAlias（true）；// 設置抗鋸齒

p.setDither（true）；//抖動處理

（2）繪制坐標線：

canvas.drawLine（（counterAllPre-1）*width，indexTemp，counterAllPre* width，dataDraw[0]， p）；

canvas.drawLines（pts， p）；

（3）將存儲數據的數組轉化成坐標（數據長度為4，即每四個數據刷新一次）：

pts = newfloat[4 * （dataCount.length - 1）]；

for （inti = 0； i

if （i % 4 == 0） {

j1++；

pts[i] = （counterAllPre + j1） * width；}

if （i % 4 == 1）

pts[i] = dataDraw[j1]；

if （i % 4 == 2）

pts[i] = （counterAllPre + j1 + 1） * width；

if （i % 4 == 3）

pts[i] = dataDraw[j1 + 1]；

}

5 心電信號監測結果顯示

按照以上的步驟我們可以得到最終結果如圖1所示。

6 結論

本文成功實現了Android 6.0平臺下的心電遠程監控系統的設計。使得日常生活中的心電檢測監護成為可能。未來可以針對該系統進行更多有關心電監護的拓展諸如心臟問題預警、實時傳送給醫生進行病情分析等。隨著人們對疾病和自身健康的日益重視以及手機app的不斷發展，在移動互聯網的不斷推動下，各類生物信號檢測及病情監控必將得到更加長足的發展，從而發揮出更加深遠的作用。

（通訊作者：王振中 張祥雪）

參考文獻

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[4]唐曙，羅武勝，魯琴等.基于Android平臺的USB通信技術研究[J].計算機測量與控制，2015，23（12）：4123.

作者單位

北京林業大學理學院 北京市 100083