范魯寧+張世波+蔣雯音

摘要：目的：以智慧健康為主旨的課程開發(fā)供學(xué)生上課學(xué)習和參加競賽。方法：主要采用安卓應(yīng)用開發(fā)、云計算技術(shù)、下一代Web開發(fā)技術(shù)——響應(yīng)式網(wǎng)頁、嵌入式開發(fā)平臺——樹莓派開發(fā)板等技術(shù)和設(shè)備。結(jié)果：相繼開發(fā)了天氣預(yù)報、健康運動軟件、遠程監(jiān)控機器人等項目。結(jié)論：通過上課和比賽，加強了學(xué)生的動手能力，最終達到增強就業(yè)競爭力的效果，為加強本專業(yè)的建設(shè)添一份力。

關(guān)鍵詞：Android應(yīng)用程序；云計算；智慧健康；計算機競賽；下一代WEB開發(fā)技術(shù)；樹莓派開發(fā)板

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）14-0084-03

The Development Records of Intelligence Health Courses with Android Application and Other New Technical

FAN Lu-ning， ZHANG Shi-bo， JIANG Wen-yin

（Health Career Technical College， Ningbo 315100， China）

Abstract： Purpose： To develop the courses of intelligence health for students to learn new techniques and to take part of different competitions. Method： Mainly use android application， cloud computation， the next generation of web development technique—response web site， and embedded development platform—Raspberry Pi as the tools. Results： We have already developed a weather forecast application， a health sports application and a remote monitor robot. Conclusion： All these projects are useful for students to learn the new techniques and more Beneficial in their career way， and are also meaningful for the development of health information specialty.

Key words： Android application； cloud computation； intelligence health； computer competition； next generation web development technique； Raspberry Pi

1 市場需求和研發(fā)方向

隨著醫(yī)院信息系統(tǒng)的進一步建設(shè)和市場對信息化要求的整體提高，普通高職高專院校畢業(yè)學(xué)生所掌握的知識和技能已經(jīng)不足以解決能適應(yīng)醫(yī)院日益繁雜的信息化系統(tǒng)產(chǎn)生的系列問題。比如制作手機APP軟件平臺，管理和維修先進智能的醫(yī)療設(shè)備[1]，構(gòu)建跨平臺網(wǎng)站等都需要新的教學(xué)理念和技術(shù)課程來支持。

2 研究思路

本課題的研發(fā)目的是開發(fā)以健康、運動、心理為主題的手機應(yīng)用系列軟件以及物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)新技術(shù)的應(yīng)用，借此開辟一系列新課程，參加一批全國全省級別的新技術(shù)比賽，達到鍛煉學(xué)生技能，錘煉教師水平的目的。

2.1 以安卓應(yīng)用開發(fā)為起點

首先，我們選擇從安卓應(yīng)用開發(fā)入手，使用App Inventor2開發(fā)平臺，它是由麻省理工和谷歌共同開發(fā)的一款網(wǎng)頁版安卓開發(fā)工具[2]，不需要安裝，并且有國內(nèi)服務(wù)器支持（app.gzjkw.net），登陸速度很快，代碼主要以拼接的方式完成，簡單易學(xué)，非常適合高職高專的學(xué)生拿來練手，培養(yǎng)編程思想。

2.2 以Web技術(shù)為中轉(zhuǎn)站

有了普通的單機版安卓應(yīng)用還不夠，我們要讓手機上網(wǎng)連接其他數(shù)據(jù)和設(shè)備，Web服務(wù)器是一個很好的中轉(zhuǎn)站。同時也可以作為展示平臺，做到跨設(shè)備、跨瀏覽器。手機可以簡單地通過網(wǎng)頁來遠程訪問和控制其他設(shè)備上的資源。

2.3 樹莓派

要開發(fā)智慧健康類的產(chǎn)品，就少不了要使用嵌入式的設(shè)備。很流行的樹莓派開發(fā)板是由英國大學(xué)開發(fā)的一跨專門用于教育的卡片式電腦[3]。我們使用這款開發(fā)版制作遠程監(jiān)控、智能機器人等項目，并通過手機實現(xiàn)遠程控制。

3 具體設(shè)計

本專業(yè)原先設(shè)置有程序設(shè)計、數(shù)據(jù)庫課程、網(wǎng)絡(luò)以及多媒體制作等相關(guān)課程，具備了基本的知識儲備。在此基礎(chǔ)上可以開發(fā)一些綜合性項目，提高學(xué)生的動手能力，增強競技水平。

3.1 以比賽為導(dǎo)向的Android應(yīng)用程序開發(fā)

3.1.1 天氣預(yù)報

2015年，我們以天氣情況的預(yù)報和云計算的應(yīng)用作為切入點，制作了對應(yīng)中國大學(xué)生計算機設(shè)計大賽的一些作品，天氣數(shù)據(jù)來自百度車聯(lián)網(wǎng)，只要申請一個百度開發(fā)者密鑰就可以免費使用JSON格式的API數(shù)據(jù)。我們對教科書中的功能做了改進，專門提取出PM2.5的值，讓界面的背景色隨著污染程度的改變而改變，天氣表情也使用自己準備的，更加可愛的一系列圖片。

3.1.2 綠色生活

今年，我們在預(yù)報天氣指數(shù)的基礎(chǔ)上進一步結(jié)合計步器，地圖定位等功能開發(fā)一款我們自己的運動類應(yīng)用。計步器是以手機的加速度傳感器震動4次為一步計算的，計時采用每個計時器循環(huán)加一秒的方式計算，3600秒為一小時，在這兩個基礎(chǔ)上還可以算出步頻。

另外，還可以利用手機的方向傳感器，制作一個小指南針放置在計步器頁面，方便在野外隨時指明方向。實現(xiàn)在戶外計算運動量、查看運動時間、地理定位和查看天氣這些功能的組合。

簡單實現(xiàn)指南效果

3.2 跨平臺的下一代Web技術(shù)

手機除了使用本身的傳感器實現(xiàn)一些功能外，網(wǎng)絡(luò)的功能也是必須要被利用起來的一大資源。老一代的網(wǎng)頁一般只提供PC機上的使用體驗，如果在移動設(shè)備上打開，字符就會變得很小，畫面也會重疊，變得難以閱讀。

新一代的響應(yīng)式網(wǎng)頁技術(shù)可以讓網(wǎng)頁中的各個組件適應(yīng)屏幕寬度的變化，當寬度小于某一值的時候，導(dǎo)航條、圖片、文字的排列都會隨著設(shè)備寬度變化做出調(diào)整。

網(wǎng)頁內(nèi)容會變長，一個屏幕寬度的內(nèi)容會被分割成3個或4個條狀的內(nèi)容，以拖拽的方式完成查看；按鈕會變得顏色鮮艷，形狀寬大，容易讓用戶的手指點擊；導(dǎo)航菜單會縮成一個下拉框，只有點擊后才會展開，這些都符合了人們使用移動設(shè)備的閱讀習慣。

最新出現(xiàn)的Bootstrap前端開發(fā)框架提供了用戶友好的跨瀏覽器解決方案，下圖是使用Bootstrap框架開發(fā)的課程平臺[5]。

3.3 智能機器人

我們還在另一門有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)的專業(yè)課程中使用樹莓派（raspberry pi）開發(fā)板制作了可以移動、攝像、取物的智能小車。

3.3.1 通過樹莓派驅(qū)動電機

驅(qū)動電機用的是相對簡單的Python語言來控制開發(fā)板上的GPIO引腳，通過設(shè)置高低電平來控制電機的轉(zhuǎn)動[6]。下面這段代碼是一個小車前進的函數(shù)，通過調(diào)用這個函數(shù)，小車就會前進一段距離。

def forward（sleep_time）：

GPIO.output（IN1，GPIO.HIGH）

GPIO.output（IN2，GPIO.LOW）

GPIO.output（IN3，GPIO.HIGH）

GPIO.output（IN4，GPIO.LOW）

time.sleep（sleep_time）

GPIO.cleanup（）

3.3.2 手機通過網(wǎng)頁遠程遙控小車

使用python的tornado異步IO框架，在樹莓派上架設(shè)一個Web服務(wù)器。使用類IndexHandle來監(jiān)控鼠標或鍵盤事件class IndexHandler （tornado.web.RequestHandler）。手機等移動設(shè)備通過訪問這個網(wǎng)頁，就能作為遙控器遠程遙控小車了[7]。

//按下鼠標事件

$（'.forward'）.mousedown（function（）{

#按下鼠標這個事件驅(qū)動實現(xiàn)對前進這個函數(shù)的調(diào)用

i = setInterval（function（）{

go（'w'）；

}，100）；}）；#前進0.1秒，鍵盤上按W也能控制

//監(jiān)聽鍵盤事件

window.document.onkeydown = kpress；//通過document類來管理鍵盤事件onkeydown

function kpress（e）{

e = （e） ？ e ： window.event；

if（e.keyCode=='87'）{

go（'w'）；//w鍵的ASCII碼為87

}

3.3.3 遠程監(jiān)控

遠程監(jiān)控比較簡單，我們使用普通的USB攝像頭連接樹莓派，下載一個現(xiàn)成的應(yīng)用程序motion用來監(jiān)控并捕捉移動的畫面，通過調(diào)整幀數(shù)、畫面質(zhì)量、輸出格式和遠程開關(guān)，可以在手機或電腦安裝的VLC播放器上通過網(wǎng)絡(luò)流數(shù)據(jù)模式打開樹莓派的IP地址，就可以遠程觀看攝像頭拍到的畫面了。以下這串命令就是使用樹莓派的vid工具把分辨率是1280x720幀數(shù)是50幀的錄像通過8081端口發(fā)送出去。

raspivid -o - -t 0 -w 1280 -h 720 -fps 50|cvlc -vvv stream：///dev/stdin--sout'#standard{access=http，mux=ts，dst=：8081}' ：demux=h264 &> /dev/null

3.3.4 機械臂的加入

機械臂是智能機器人的一個標志，主要通過多個舵機實現(xiàn)多維度的運動，配上一個金屬夾子，可以像人手一樣抓取物體。同樣也使用Python語言獲取對引腳的控制，非常容易被軟件開發(fā)人員理解。舵機類似于步進電機，每隔幾十毫秒對信號作出反應(yīng)，我們可以控制時間來讓其轉(zhuǎn)過固定的角度。

4 結(jié)束語

我們緊跟市場需求，開發(fā)了這些的教學(xué)內(nèi)容，以項目化的教學(xué)模式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，提高動手開發(fā)在課堂任務(wù)中的比例。通過2到3門課程的布局，引導(dǎo)學(xué)生逐步深入對一系列新技術(shù)發(fā)展方向的認知，并在2年間多次獲得國家級、省級比賽的優(yōu)異成績，學(xué)生和老師都獲得了名譽和物質(zhì)的雙重獎勵，更加激勵了我們在這個道路上的繼續(xù)前行。

后續(xù)開發(fā)方面，我們會繼續(xù)在智能機器人的研制上投入資源，達到對更多電子元件和傳感器的遠程控制[8]；發(fā)展服務(wù)器端的開發(fā)，讓內(nèi)容以網(wǎng)站形式展現(xiàn)給用戶，設(shè)計新型的NoSQL數(shù)據(jù)庫，存儲更多形式和種類的數(shù)據(jù)資源，解決智慧健康產(chǎn)品設(shè)計中遇到的新問題。

參考文獻：

[1] 俞磊. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的研究進展[J].計算機應(yīng)用研究， 2012（3）： 46-48.

[2] 黃仁祥. 人人都能開發(fā)安卓App–App Inventor 2 應(yīng)用開發(fā)實戰(zhàn)[M]. 北京： 機械工業(yè)出版社， 2014：91-97.

[3] Brendan Horan. Raspberry Pi樹莓派實作應(yīng)用[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2014： 1-23.

[4] Kris Hadlock. jQuery移動開發(fā)[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2013： 14-21.

[5] David Cochran. Bootstrap實戰(zhàn)[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2015： 23-63.

[6] Sunny. 樹莓派小車系列之按鍵控制[EB/OL]. http：//www.sunnyos.com/.

[7] Alex Bradbury. 樹莓派Python編程指南[M]. 北京： 機械工業(yè)出版社， 2015： 117-134.

[8] 王田苗. 基于PLC的神經(jīng)外科機器人控制系統(tǒng)研究[J].機器人， 2006（5） ： 495-498.