一种基于Android的健康监控预警系统

一种基于Android的健康监控预警系统
吴昱;黄建明
【摘要】With the rapid development of mobile Internet and the increasing levels of hardware manufactures,the smart phone’s functions have continued to improve and enrich.Traditional industry now has focused on providing mo-bile services.2005 Google launched a Linux-based operating system called Android.Due to its open platform character-istics,hardware selection,without any constrains of the development,the perfect combination of convenience of the mobile Internet,it has touted by the market and become for mobile communications hotspot quickly.In this paper,after analyzing the demand for mobile medical aspects,implement a health monitoring and early warning system.This system combines Android system development technology,Bluetooth technology and intelligent wearable devices technol-ogy.When the user falls unexpectedly,the system can ask for help timely so others can take actions.In addition,the system can provide the necessary counseling and testing services.In the mobile rapid development,it has a very broad application prospects.%随着移动互联网的迅猛发展以及硬件制造水平的不断提高，智能手机的成本虽然在逐步降低，功能却持续完善和丰富。

由于智能手机越发的普及到人们的日常生活中，提供移动服务成为了传统行业必须要着眼改革的重要一点。

2005年Google推出了基于Linux的Android操作系统，由于其开放的平台特性、不会受到运营商的限制、硬件选择丰富、不受任何约束的开发、完美结合移动互联网的便利性、即时性、短时在线、隐私性等特点，迅速受到市场的热捧，
成为移动通信技术领域的研究热点。

<br> 本文结合了Android系统的开发技术、蓝牙技术和智能可穿戴设备技术，在分析了移动医疗方面的相关需求之后，设计和实现了一款健康预警系统，该预警系统将防跌倒的可穿戴设备与智能手机相连接，实现当用户或患者出现意外跌倒等紧急情况时能够及时的对外发出求助信息，使相关人员能够采取措施。

此外还能够提供必要的咨询和检查业务等，在移动医疗快速发展的今天，具有非常广泛地应用前景。

【期刊名称】《软件》
【年(卷),期】2016(000)002
【总页数】5页(P129-133)
【关键词】计算机应用;Android;低功耗蓝牙;移动医疗
【作者】吴昱;黄建明
【作者单位】北京邮电大学电子工程学院，北京 100876;北京邮电大学电子工程学院，北京 100876
【正文语种】中文
【中图分类】TP311
本文结合了Android系统的开发技术、蓝牙技术和智能可穿戴设备技术，在分析了移动医疗方面的相关需求之后，设计和实现了一款健康预警系统，该预警系统将防跌倒的可穿戴设备与智能手机相连接，实现当用户或患者出现意外跌倒等紧急情况时能够及时的对外发出求助信息，使相关人员能够采取措施。

此外还能够提供必要的咨询和检查业务等，在移动医疗快速发展的今天，具有非常广泛地应用前景。

本文著录格式：吴昱，黄建明. 一种基于Android的健康监控预警系统[J].软件，
2016，37（02）：129-133
在互联网高速发展的今天，无线传输技术也在快速的发展，常见的有蓝牙（BlueTooth）、无线局域网（WLAN）、红外、RFID、ZigBee等。

这其中，蓝牙具有很强的移植性，并且适用于多种场合，加上该技术功耗低、对人体危害小，而且应用简单、容易实现，所以广泛分布在电信、计算机、网络、和消费电子等多重领域。

在经历了多代技术的更新之后，目前最新的蓝牙4.0技术比之前的版本更为省电，成本更低，延迟更低，有效距离更长。

Android4.3之后的系统完美的支持了蓝牙4.0并提供了相应的API。

蓝牙4.0的出现解决了智能可穿戴设备长久以来棘手的功耗问题，一粒纽扣电池通过蓝牙4.0技术可以使用一年之久，这也使得智能可穿戴设备的实现更加可行。

针对现如今老年人因为衰老导致肌肉、骨骼、神经等的功能退化，身体的协调功能变差，平衡能力下降，容易跌倒；以及一些术后患者身体还未完全恢复，遇到紧急情况难以借助自己对外寻求救助等。

本文实现了通过蓝牙自动将手机与具有重力感应的可穿戴设备连接起来，当老人出现意外跌倒的情况时，外接设备将感应到加速度的变化并通过蓝牙对手机端发出信号，手机APP端收到跌倒信号后将会自动拨打预设的联系号码，避免患者在跌倒后没法自己爬起来又没有家属在附近的情况。

同时，可穿戴设备还有一个主动按钮，患者也可以在意外情况发生时直接按下设备上的按钮来实现通知手机端自动拨打电话的效果。

这一设计同时也减少了老人或者让患者在慌乱情况下因为手机繁琐的解锁拨号流程耽误救治时机。

传Android操作系统最早是由Andy Rubin开发的，在2005年8月由Google 收购注资，由Google公司和开放手机联盟领导及开发。

2007年 11月，Google 联合设备制造商、软件开发商和运营商组建了开放手机联盟并公布了Android系统的源代码[1]。

2008 年10月发布了第一部Android智能手机。

此后Android 逐渐扩展到平板电脑及其他领域上，如电视、数码相机、游戏机等。

自此之后
Android手机的销量一直在不断攀升。

Android 系统主要由5部分组成，应用程序层，应用层程序框架，函数库，Android 运行时和 Linux内核[2-5]。

Android系统能够迅速成为移动操作系统界的新宠，与其自身的特点是密不可分的。

从开放性来看，系统的开发由 Google和开放手机联盟共同承担，而Google 又与运营商、设备制造商、开发商和其他相关的各方组成了深层次的合作伙伴关系，通过建立标准化和开放式的移动手机平台，在移动产业内形成一个开放的生态系统。

正是因为系统的开放性，使得所有的手机厂商都能开发出具有自己特色的各式各样的产品，这些产品虽然在外观和功能上都不尽相同，却始终能够保证不同的手机间能够进行数据同步，同一款软件也能保证不会因为手机的差异而无法正常运行。

与其他的操作系统对于核心功能都要屏蔽不同，Android系统上的应用程序只要在
获得了用户或者开发者的权限允许之后，就可以很方便的通过标准的应用接口对移动设备和系统的核心功能进行访问。

在互联网的帮助下，不同的应用程序之间也可以进行彼此的功能调用，应用程序的界限非常模糊[6-8]。

同时，在Android系统中，所有的应用程序都具有高度的平等性，用户可以根据自己的喜欢和需求对系统上安装的所有应用程序进行替换或者扩展。

这些应用程序并不是当某个程序运行的过程中，其他程序都在等待。

正是因为所有的应用程序都是并行的，所以Android系统才能够支持后台操作和应用之间的随时切换。

而当应用程序运行在
后台的时候，可以通过发送广播或者弹窗提示等方式通知用户进行相应的操作。

蓝牙（Bluetooth）是一种无线技术标准，可实现固定设备、移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换。

蓝牙工作在2.4GHZ 的ISM（即工业，医学，科学）频段，大部分国家的 ISM 频段的范围是2.4835GHZ，之所以使用该频段，那是因为无需向各国的无线电资源管理部门申请许可证[9]。

蓝牙技术最初由电信巨头爱
立信公司于1994年创制，当时是作为RS232数据线的替代方案。

蓝牙可连接多
个设备，克服了数据同步的难题。

如今蓝牙由蓝牙技术联盟（Bluetooth Special Interest Group，简称SIG）管理。

蓝牙技术联盟在全球拥有超过25000家成员公司，它们分布在电信、计算机、网络、和消费电子等多重领域。

蓝牙4.0是2012年最新蓝牙版本，是3.0的升级版本；较3.0版本更省电、成本低、3毫秒低延迟、超长有效连接距离、AES-128加密等；该技术拥有极低的运行和待机功耗，使用一粒纽扣电池甚至可连续工作数年之久。

蓝牙4.0是蓝牙3.0+HS规范的补充，专门面向对成本和功耗都有较高要求的无线方案，它支持两种部署方式：双模式和单模式[10]。

双模式中，低功耗蓝牙功能集成在现有的经典蓝牙控制器中，或再在现有经典蓝牙技术（2.1+EDR/3.0+HS）芯片上增加低功耗堆栈，整体架构基本不变，因此成本增加有限。

单模式面向高度集成、紧凑的设备，使用一个轻量级连接层（Link Layer）提供超低功耗的待机模式操作、简单设备恢复和可靠的点对多点数据传输，还能让联网传感器在蓝牙传输中安排好低功耗蓝牙流量的次序，同时还有高级节能和安全加密连接。

近年来，随着用户需求的不断升级，可穿戴智能设备的形式与应用特点也在不断的进化[11]。

而因为蓝牙4.0的种种特点，使其非常适用于智能可穿戴设备与终端的连接。

3.1 系统总体设计
本预警系统主要为了通过Android蓝牙技术在患者发生意外跌倒时提供一种及时简洁的求助手段。

该系统由智能可穿戴设备、Android终端、web服务器、后台数据库服务器组成。

可穿戴智能设备组成相对比较简单，包括一个重力传感器和一个主动按钮。

通过蓝牙与手机连接。

当重力传感器数据异常或者患者按下了按钮，都会向手机发送广播，手机收到广播后触发自动拨打预设好的电话号码的功能。

Android智能手机作为客户端，除了能够接收智能可穿戴设备通过蓝牙发送过来的广播之外，还可以连接到web服务器，获取用户登陆验证等其他功能。

该系统具有如下功能：1）登陆系统功能：用户需要在手机端输入用户名和密码，登陆到系统内部，以实现对用户数据的同步。

2）导入和上传功能：除了通过蓝牙连接可穿戴设备之外，手机也可以通过蓝牙连接血压仪、温度计等家用医疗设备，并记录下患者的体征数据，上传到web服务器。

3）查看功能：患者登陆后可以通过访问 web服务器，选择日期查看自己数据的变化情况和恢复情况等。

4）咨询和回复功能：患者可以通过手机端与相关的医生或者护士进行视频咨询，也可以浏览其他相关患者的预防与恢复心得等。

3.1.1 蓝牙连接模块设计
Android4.3以上的系统中加入了低功耗蓝牙 BL E，包括多个profile，一个profile中可以有多个servi ce，一个service中可以含有多个characteristic，一个characteristic钟包括一个value和多个descriptor。

本文中采用的是Android4.3提供的相关API，使用Blueto othAdapter.startLeScan来扫描可穿戴设备，在扫描到的设备列表回调函数中会得到BluetoothDevice对象，使用BluetoothDevice.connectGatt来获取到BluetoothG att对象，执行BluetoothGatt.discoverServices，这个方法是异步操作，在回调函数onServicesDiscovered中得到status，通过判断status是否等于BluetoothGatt.GA TT_SUCCESS来判断查找Service是否成功，如果成功了，则通过BluetoothGatt.getService来获取Bluetoo thGattService，接着通过BluetoothGattService.getChar acteristic获取BluetoothGattCharacteristic，然后通过B luetoothGattCharacteristic.getDescriptor获取 Bluetooth GattDescriptor。

智能可穿戴设备通过GATT协议，通过广播触发手机端的不同action，并在手机端通过弹窗或者跳转到拨号界面，同时将手机设备的GPS定位和时间等相关信息发送到远端服务器。

3.1.2 客户端模块设计
客户端的设计包括：蓝牙通信处理模块、信息展示界面模块、HTTP通信模块、本地数据库模块。

通过接入的血压仪、温度计等设备获得的数据，首先存储在本地数据库，然后封装成JSON格式的消息发送到远端服务器，存入远端数据库。

智能可穿戴设备触发广播后，客户端通过手机的定位功能获取G PS数据和时间信息数据等，同样封装成JSON格式消息发送并存储至远端服务器。

3.1.3 服务器端模块设计
Web服务器采用MVC的设计模式，从模块结构上来看分为基本数据层、业务逻辑层和通信网络层。

（1）数据层是整个架构的最底层，主要是由底层的数据库构成的。

数据层提供了系统所需数据的组织、存储和传输功能。

在书局层的主要工作是根据设计的要求建立数据库表格，确定表格属性，维护数据的存储。

为整个系统提供完善和健壮的数据资源，并能够协助业务逻辑层进行各种数据的查询和处理。

（2）业务逻辑层由两部分组成，一部分是 Java服务器中数据资源和逻辑业务，另一部分是REST接口。

利用web服务器对服务器数据进行展示和人工管理，为Android手机客户端访问服务器资源提供稳定的保障。

（3）通信网络层。

Android手机客户端可以选择多种接入方式，采用HTTP协议与服务器进行通信和获取资源。

常见的连接方式有GPRS/3G/WiFi等[12-14]。

（4）Android手机客户端。

Android手机客户端主要的功能是与用户进行交互，使用户能够及时准确的获取到最新的数据和结果，保证用户有良好的使用体验。

3.2 实验结果及测试
系统测试主要通过在手机客户端对数据进行验证，并对各个功能流程进行查验，以确保系统准确无误。

3.2.1 系统启动及登录
当点击手机上的启动图标后，系统首先进入加载画面，随后跳转至登录界面，这与第一次登录需要进行账号密码验证的设计一致，点击右上角的注册按钮，会跳转至如图所示的注册界面，按照提示输入手机号并获取验证码后，输入密码即可完成注册，在登陆界面输入手机号和密码后会将进行服务器验证，登陆成功后会将信息保存在本地，当下次打开客户端时将会自动跳过登陆步骤。

如果忘记登录密码的话，可以点击登陆界面左下角的忘记密码按钮，将会跳转至如图所示的设置新密码界面，同样输入手机号并获取验证码后，输入新的密码即可。

3.2.2 健康日记查询
首次登陆后会首先展示添加健康方案的界面，当用户的健康秘书根据用户的身体状况制定好延护方案后，这个界面将会变成如图所示的康复日记形式，以每天为时间节点，展示和安排了用户在当天具体的时间点应该执行什么样的行为。

用户点击各个时间点对应的按钮，便会跳转至测量界面，并进行附近的蓝牙设备扫描和连接。

点击右上角的趋势图，就会跳转至监测中心，在这里可以看到自己近期内的相关体征数据变化情况。

3.2.3 健康秘书
通过点击屏幕下方的标签，进行功能模块的切换，秘书分为两个界面，聊天记录和私人秘书列表。

聊天记录以列表的形式展示了近期内进行过交流的医生，当点击具体某一条后会进入聊天界面。

切换到健康秘书列表界面可以看到与用户进行签约的所有医生列表，用户也可以点击上方的添加健康秘书按钮选择新的签约医生。

在展示所有医生的界面，用户可以根据地区和医院进行医生的筛选。

点击感兴趣的医生条目可以跳转至医生主页进行浏览。

Android系统自投入市场以后并没有经过太久的时间，而作为一款开元的系统，相信通过在全球各地的技术人员的不断努力下，Android系统将会不断的焕发出
全新的生命力，因此，基于Android系统的移动系统也将会有更大的提升空间。

本文目前探索了在Android系统上实现移动医疗这一设计的可行性，也遇到了一些问题，如保持蓝牙连接时仍然不可忽略的功耗问题，手机客户端性能的优化，保证操作流畅等。

当然随着软硬件技术的不断革新和进步，相信以后会有更好更加合适的设计思路和实现方式。

在本文系统实现的过程中，通过对目前移动医疗系统的性能和设计的分析，可以预测将来的移动医疗系统会更加的智能化，比如通过数据挖掘、智能分析以及大数据分析等，来支持医疗政策的制定和实施。

同时医疗系统的标准化也应当成为日后发展的重要一点，即使不同的医院和用户使用了不同的系统，也应当能够提供统一的标准和接口收录数据等。

通过上面的陈述可以看出，移动医疗系统在今后还有非常大的发展和提升空间，而想要实现功能完备的系统仍然是需要长时间的积累和探索。

相信移动医疗系统在将来一定会服务大众并成为大众生活中不可缺少的一环。

【相关文献】
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