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基于BB-Black開發(fā)板的智能硬件生理監(jiān)測(cè)

2015-07-02 00:17:24柏雪峰楊斌劉博

單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 2015年6期

關(guān)鍵詞：開發(fā)板數(shù)據(jù)包生理

柏雪峰，楊斌，劉博

(西南交通大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都610031)

柏雪峰，楊斌，劉博

(西南交通大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都610031)

隨著IT技術(shù)的不斷發(fā)展，智能硬件概念被提出，硬件的智能化程度逐漸成為衡量一個(gè)國(guó)家IT技術(shù)水平的標(biāo)準(zhǔn)之一。醫(yī)療設(shè)備作為人們最關(guān)注的領(lǐng)域之一，其智能化直接影響人們的生活質(zhì)量。本文以BB-Black為核心，掛接ZigBee無線傳感節(jié)點(diǎn)和GSM/GPRS模塊,建立web服務(wù)器和SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)，接收、解析和存儲(chǔ)ZigBee節(jié)點(diǎn)采集的生理數(shù)據(jù)，控制GSM/GPRS進(jìn)行緊急呼救和發(fā)短信,提供自動(dòng)生理監(jiān)測(cè)功能，為人們的生活提供便利。

智能硬件；BB-Black；Web服務(wù)器；SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)；GSM/GPRS；生理監(jiān)測(cè)

引言

隨著技術(shù)的發(fā)展，近年來涌現(xiàn)了不少優(yōu)化的智能醫(yī)療設(shè)備，給人們的生活帶來了極大便利,但仍存在功能單一、不可遠(yuǎn)程訪問等缺陷。BB-Black開發(fā)板以其價(jià)格便宜、功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)景，利用BB-Black設(shè)計(jì)一個(gè)更智能、功能更齊全的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將是一個(gè)有意義的研究課題。

1 應(yīng)用系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)描述

1.1 硬件平臺(tái)相關(guān)介紹

設(shè)計(jì)共涉及BB-Black、ZigBee和GSM/GPRS三個(gè)硬件模塊。其中BB-Black開發(fā)板為核心模塊，是一款基于AM3359處理器的開發(fā)套件，其實(shí)物圖如圖1所示。

圖1 BB-Black實(shí)物圖

處理器集成了高達(dá)1 GHz 的 ARM Cortex-A8 內(nèi)核，并提供了豐富的外設(shè)接口和兩個(gè)擴(kuò)展接口，可擴(kuò)展LCD、UART、eMMC、ADC、I2C、SPI和PWM等接口。其系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖2 BB-Black系統(tǒng)框圖

AM3359是基于 ARM Cortex-A8 內(nèi)核的微處理器，在圖像、圖形處理、外設(shè),以及諸如etherCAT 和 PROFIBUS 的工業(yè)接口選項(xiàng)方面進(jìn)行了增強(qiáng)，并支持 Linux、 WinCE 和Android 等高級(jí)操作系統(tǒng)。該處理器包含了多個(gè)子系統(tǒng)：微處理器單元(MPU)子系統(tǒng)基于 ARM Cortex-A8 微處理器； POWERVR SGX 圖形加速子系統(tǒng)用于3D圖形加速，以支持顯示和游戲效果；可編程實(shí)時(shí)單元子系統(tǒng)(PRUSS)使用戶可以創(chuàng)建各種超越本地外設(shè)的數(shù)字資源。此外，PRUSS 獨(dú)立于 ARM 內(nèi)核，允許設(shè)備擁有獨(dú)立的操作和時(shí)鐘，從而在復(fù)雜系統(tǒng)解決方案中有更大的靈活性。

1.2 系統(tǒng)功能模塊及信息處理過程

系統(tǒng)的功能模塊如圖3所示，主要由生理數(shù)據(jù)采集模塊、GSM短信發(fā)送模塊、遠(yuǎn)程登錄模塊和BB-Black模塊4部分組成。其中生理數(shù)據(jù)采集模塊采用ZigBee無線傳感節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)采集用戶生理數(shù)據(jù)；GSM短信發(fā)送模塊采用四頻 GSM/GPRS ，實(shí)現(xiàn)緊急報(bào)警和定位；遠(yuǎn)程登錄模塊是指手機(jī)或其他上網(wǎng)設(shè)備，供用戶遠(yuǎn)程訪問和監(jiān)控；BB-Black模塊是本系統(tǒng)的核心模塊，該模塊又可分為數(shù)據(jù)處理、Boa服務(wù)器和SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)三部分。數(shù)據(jù)處理模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的接收、解析、向SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)插入數(shù)據(jù)和向GSM模塊下達(dá)緊急報(bào)警命令；SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)主要用于存儲(chǔ)生理數(shù)據(jù)；Boa服務(wù)器則實(shí)現(xiàn)用戶的遠(yuǎn)程訪問，查詢SQLite數(shù)據(jù)中存儲(chǔ)的生理數(shù)據(jù)。

圖3 系統(tǒng)功能模塊框圖

系統(tǒng)的信息處理過程如下：

① 生理數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)時(shí)采集生理數(shù)據(jù)。用戶可根據(jù)需要隨身攜帶相應(yīng)的生理數(shù)據(jù)檢測(cè)模塊(如血壓、血糖、脈搏等檢測(cè)模塊)，在BB-Black建立的無線傳感網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)移動(dòng)、實(shí)時(shí)生理數(shù)據(jù)采集，按IEEE802.15.4的通信標(biāo)準(zhǔn)，通過無線網(wǎng)絡(luò)將生理數(shù)據(jù)包傳送出去；在BB-Black開發(fā)板上連接的ZigBee終端節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)包接收。

② BB-Black模塊接收、分析和處理生理數(shù)據(jù)。AM3359處理器定時(shí)地讀取終端節(jié)點(diǎn)接收的數(shù)據(jù)包，通過解析得到數(shù)據(jù)包中的生理數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)到SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)根據(jù)健康指標(biāo)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，若遇緊急情況，則向GSM/GPRS模塊發(fā)送AT控制命令，進(jìn)行緊急呼救。

③ 監(jiān)護(hù)人或醫(yī)生可隨時(shí)隨地訪問服務(wù)器查看、管理被監(jiān)護(hù)人近期生理數(shù)據(jù)。用戶通過上網(wǎng)設(shè)備打開瀏覽器登陸B(tài)oa服務(wù)器，提交查詢表單，即可訪問SQLite上存儲(chǔ)的被監(jiān)護(hù)人的生理數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程了解被監(jiān)護(hù)人近期身體狀況，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

本系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景可如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景圖

2 遠(yuǎn)程監(jiān)控功能實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)以BB-Black為平臺(tái)，提供用戶遠(yuǎn)程登錄訪問嵌入式Web服務(wù)器Boa，查看該服務(wù)器上的被監(jiān)護(hù)人近期生理數(shù)據(jù)功能；為了實(shí)現(xiàn)嵌入式設(shè)備的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，采用開銷小、可移植性強(qiáng)、便于使用且高效的嵌入式SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)。而CGI(Common Gateway Interface)通用網(wǎng)關(guān)接口，則是Web服務(wù)器和SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)之間的橋梁，作為客戶端與Web服務(wù)器交互的標(biāo)準(zhǔn)接口，可按照該標(biāo)準(zhǔn)編寫應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)靜態(tài)HTML網(wǎng)頁(yè)無法實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問和搜索功能，實(shí)現(xiàn)客戶端與服務(wù)器的交互操作。其工作原理如圖5所示。

圖5 遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊軟件構(gòu)成與工作原理

2.1 嵌入式Web服務(wù)器的使用

2.1.1 嵌入式Web服務(wù)器Boa

ARM Linux開發(fā)環(huán)境下支持httpd、thttpd和Boa三種嵌入式Web服務(wù)器。本文選用的是運(yùn)行過程中需要較少資源的嵌入式Web服務(wù)器Boa。

Boa作為一種單任務(wù)的HTTP服務(wù)器，通過建立HTTP請(qǐng)求列表來處理多路HTTP連接請(qǐng)求，同時(shí)在處理請(qǐng)求過程中只為CGI程序創(chuàng)建新進(jìn)程，在最大程度上節(jié)省了系統(tǒng)資源，對(duì)嵌入式系統(tǒng)來說至關(guān)重要。同時(shí)，它還具有自動(dòng)解壓文件、生成目錄等功能。

2.1.2 Boa功能實(shí)現(xiàn)

設(shè)計(jì)中Boa服務(wù)器需實(shí)現(xiàn)接收客戶端請(qǐng)求、分析請(qǐng)求、響應(yīng)請(qǐng)求和向客戶端返回請(qǐng)求結(jié)果等任務(wù)。其工作流程如圖6所示。

圖6 Boa服務(wù)器工作流程

Boa服務(wù)器初始化工作代碼略——編者注。

Boa在ARM上的移植略——編者注。

2.2 CGI與SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)移植

BB-Black開發(fā)板在運(yùn)行CGI和SQLite程序前，需要將相應(yīng)的庫(kù)移植到開發(fā)板。設(shè)計(jì)通過交叉編譯之后將CGI的libcgic.a和capture拷貝到BB-Black開發(fā)板的/home/www/cgi-bin目錄下，完成移植工作(可通過網(wǎng)頁(yè)訪問該目錄，若在網(wǎng)頁(yè)上顯示cgic test的字樣，則表明CGI庫(kù)移植成功)。

將SQLite的sqlite3和libsqlite3.so.0.8.6分別下載到BB-Black開發(fā)板的/usr/bin和/usr/lib目錄中，并通過ln-s /usr/lib/libsqlite3.so.0.8.6 /usr/lib/libsqlite3.so.0命令建立軟鏈接(因?yàn)榭蓤?zhí)行程序sqlite3在運(yùn)行時(shí)搜尋libsqlite3.so.0動(dòng)態(tài)庫(kù))，完成移植工作。

2.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控功能實(shí)現(xiàn)

2.3.1 HTML設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)控界面主要有監(jiān)護(hù)人登錄界面和被監(jiān)護(hù)人生理數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)界面。其中脈搏和心跳監(jiān)測(cè)HTML頁(yè)面首行代碼“

”用“action="pluse_heart_monitor.cgi"”將表單指向pluse_heart_monitor.cgi處理程序，method="get"指定獲取環(huán)境變量的方式為get；程序的最后幾行用type="submit"或type="reset"指定點(diǎn)擊這兩個(gè)按鈕時(shí)提交表單；其他生理數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)頁(yè)面與此相似。

2.3.2 CGI和SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)互動(dòng)設(shè)計(jì)

CGI與SQLite數(shù)據(jù)的互動(dòng)主要包括CGI程序在SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)上建立生理數(shù)據(jù)表，插入生理數(shù)據(jù)；CGI按照表單提交內(nèi)容對(duì)數(shù)據(jù)表進(jìn)行增刪改查詢操作。其主要的控制函數(shù)代碼略——編者注。

其中g(shù)etcgidata()實(shí)現(xiàn)GET和POST兩種方式從網(wǎng)頁(yè)獲取字符串函數(shù)；若為””“GET”方式，則通過getenv("QUERY_STRING")函數(shù)獲取字符串函數(shù)；若為“POST”方式，首先用atoi(getenv("CONTENT_LENGTH"))函數(shù)獲取字符串長(zhǎng)度，再利用(char)fgetc(stdin)函數(shù)依次獲取單個(gè)字符。

通過getcgidata()函數(shù)從網(wǎng)頁(yè)獲取的字符串中各數(shù)據(jù)項(xiàng)由‘&’符號(hào)隔開，getstringdata()函數(shù)則是去掉‘&’符號(hào)，提取有效信息，為select_pluse_spo2()函數(shù)對(duì)SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)執(zhí)行查詢操作提供參數(shù)。

select_pluse_spo2()函數(shù)以getstringdata()函數(shù)得到的有效信息為參數(shù)，執(zhí)行打開數(shù)據(jù)庫(kù)、查詢數(shù)據(jù)、向網(wǎng)頁(yè)打印數(shù)據(jù)操作。部分功能實(shí)現(xiàn)代碼代碼略——編者注。

3 參數(shù)發(fā)送和接收功能的設(shè)計(jì)

3.1 數(shù)據(jù)采集模塊功能實(shí)現(xiàn)

生理數(shù)據(jù)采集模塊，由數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模塊和無線傳感節(jié)點(diǎn)ZigBee組成。數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模塊負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)，ZigBee節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)接收、解析和傳輸數(shù)據(jù)；解析過程根據(jù)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目調(diào)用相應(yīng)的子程序(如測(cè)血氧、脈搏、體溫等)；傳輸數(shù)據(jù)時(shí)終端節(jié)點(diǎn)和非終端節(jié)點(diǎn)分別調(diào)用向串口發(fā)送子程序和發(fā)射子程序。具體的實(shí)現(xiàn)程序流程如圖7所示。

圖7 ZigBee節(jié)點(diǎn)參數(shù)接收和發(fā)送流程圖

3.2 ARM板上生理數(shù)據(jù)接收功能實(shí)現(xiàn)

在ARM板上首先打開串口，然后配置發(fā)短信所需的串口參數(shù)，并初始化接收緩沖區(qū)，開始循環(huán)讀串口數(shù)據(jù)包；當(dāng)讀取到數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析，獲取隱含的血氧飽和度和脈搏值，并進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)(按照健康生理指標(biāo)監(jiān)測(cè))，如果獲取的生理數(shù)據(jù)不正常，則會(huì)向監(jiān)護(hù)人手機(jī)發(fā)送短信(包含相應(yīng)的生理數(shù)據(jù)和健康狀況說明)。最后，將生理數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)據(jù)存入文檔。具體的處理流程如圖8所示。

圖8 ARM板接收和處理生理數(shù)據(jù)的流程圖

4 系統(tǒng)功能測(cè)試

測(cè)試前，需通過開發(fā)板上的USB和UART接口，將生理數(shù)據(jù)接收模塊和GSM/GPRS模塊連接；通過RJ45接口將開發(fā)板接入網(wǎng)絡(luò)；同時(shí)用戶根據(jù)需要佩戴數(shù)據(jù)采集模塊。完成硬件連接后各模塊上電，待系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)各項(xiàng)服務(wù)后，進(jìn)行測(cè)試。

以脈搏和血氧濃度為例，測(cè)試登錄界面，用戶查詢生理數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，以及手機(jī)接收短信，如圖9所示。

通過性能測(cè)試表明：測(cè)試者穿戴完畢上電后，設(shè)備可智能工作。測(cè)試者可以實(shí)時(shí)收到生理數(shù)據(jù)短信提示，同時(shí)也可以通過網(wǎng)頁(yè)快速地訪問、修改生理數(shù)據(jù)。但受傳感器信號(hào)覆蓋范圍的影響(據(jù)測(cè)試，兩個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)間可傳遞數(shù)據(jù)包的間隔距離上限為1.5 m)，測(cè)試者的自由度有限。由于嵌入式設(shè)備存儲(chǔ)空間有限，存儲(chǔ)在SQLite數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)會(huì)每隔一個(gè)小時(shí)以數(shù)據(jù)包的形式通過GSM發(fā)送給測(cè)試者。

圖9 用戶登錄界面

總體來說，該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的醫(yī)療監(jiān)測(cè)設(shè)備相比，具有易攜帶、低功耗、低成本等優(yōu)點(diǎn)，在未來的家庭子女遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)老人和提高人們生活質(zhì)量方面，有良好的市場(chǎng)前景。但系統(tǒng)仍存在不足，今后的工作主要是戶外無線傳感網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的搭建研究，實(shí)現(xiàn)更大范圍、更實(shí)用的遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)控。

[1] 彭燕. 基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù)，2011(5).

[2] 吳曉云，馮興樂. 基于S3C2440A的嵌入式Linux系統(tǒng)的搭建[J]. 微計(jì)算機(jī)信息，2010(17).

[3] 張舸，劉利強(qiáng)，周細(xì)義，等. IEEE 802.15.4協(xié)議的性能分析與仿真[J].電子技術(shù)，2011(5).

[4] 鄧耀華，吳黎明. 數(shù)據(jù)采集終端Web通信服務(wù)器嵌入式設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2010(5).

[5] 李波，關(guān)沫. 一種基于ARM的嵌入式Web服務(wù)器的研究與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2013(7).

[6] 戴昱，黃德才. SQLite的SQL語(yǔ)句高速緩存技術(shù)[J]. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2012(1).

[7] 潘浩，董齊芬，張貴軍，等. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)TinyOS[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2011.

[8] 韓國(guó)(株)韓伯電子.醫(yī)療保健應(yīng)用實(shí)驗(yàn)設(shè)備HBE-Vbi-Health Care [EB/OL].[2014-12].http:www.han back.cn.

柏雪峰、劉博(碩士研究生)，研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)軟件開發(fā)及應(yīng)用；楊斌(教授)，研究方向?yàn)閱纹瑱C(jī)及嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用。

Bai Xuefeng,Yang Bin,Liu Bo

(School of Information Science and Technology,Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031,China)

With the continuous development of IT technology,a new conception of intelligent hardware is proposed,the intelligent degree of the hardware has become one of the standard measurement of a country's IT technology level.Medical equipments as one of areas of concerned,the intelligent directly affects people's quality of life.This paper takes BB-Black as the core,conbining with ZigBee wireless sensor node and GSM/GPRS module,sets up Web server and SQLite database,then can receive,analyze and store physiological data acquired by the ZigBee node.Lastly,it controls GSM/GPRS to send emergency call and text messages.The solution lets the hardware is intelligent,which provides automatic physiological monitoring function and makes convenience for people's life.

intelligent hardware;BB-black;Web server;SQLite database;GSM/GPRS;physiological monitoring

TP399

迪娜

2014-12-04)