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(jiān)護系統(tǒng)。該系統(tǒng)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(xiàn)對心電圖的觀察，提供了一個可靠的家用健康監(jiān)護平臺。

【關鍵詞】心電 AD轉換 藍牙 安卓

隨著科技的發(fā)展和人們生活習慣不斷變化，心臟類疾病的發(fā)病率越來越高且呈年輕化趨勢發(fā)展，同時，患者需要能夠進行日?？祻凸ぷ?、減少高額且不必要的醫(yī)院監(jiān)護。而目前的心電監(jiān)護設備成本高，體積大，使用場所局限于醫(yī)院?？紤]到這些因素并結合目前智能終端設備迅猛發(fā)展的趨勢，我們研發(fā)了基于安卓平臺的心電遠程監(jiān)控系統(tǒng)，它具有低功耗、小體積、低成本，可便攜等優(yōu)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(yōu)勢被廣泛應用在便攜式健身設備、遠程醫(yī)療監(jiān)護終端、等多種電子設備上。

AD8232芯片采用三電極單導聯(lián)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(tǒng)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(xiàn)芯片內部功能部件的功能，從而實現(xiàn)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(jié)電阻電容以更好的實現(xiàn)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(fā)送串口數據、PC顯示結果、軟件延時和主函數。STC15F2K60S2芯片可實現(xiàn)10位模數轉換。主要實現(xiàn)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(huán)，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(fā)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(huán)境下藍牙模塊連接的設計

安卓平臺的藍牙系統(tǒng)是基于BlueZ實現(xiàn)的，支持GAP、SDP和RFCOMM規(guī)范。由于我們是串口通信，所以主要利用藍牙的RFCOMM協(xié)議來完成數據的傳輸。

其主要開發(fā)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(xié)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(xiàn)

Android是一個多任務的操作系統(tǒng)，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(xiàn)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(chuàng)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(jiān)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(xiàn)了Android 6.0平臺下的心電遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計。使得日常生活中的心電檢測監(jiān)護成為可能。未來可以針對該系統(tǒng)進行更多有關心電監(jiān)護的拓展諸如心臟問題預警、實時傳送給醫(yī)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(fā)展，在移動互聯(lián)網的不斷推動下，各類生物信號檢測及病情監(jiān)控必將得到更加長足的發(fā)展，從而發(fā)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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[3]盧潭城，劉鵬，高翔等.基于AD8232芯片的便攜式心電監(jiān)護儀設計[J].實驗技術與管理，2015，32（3）：112-117.

[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(yè)大學理學院 北京市 100083