311093王甜基于手机的心电数据采集系统开发课案.docx

1、311093王甜基于手机的心电数据采集系统开发课案毕业设计（论文） 题 目 基于手机的心电数据 采集系统开发 专 业 物联网工程 班 级 物网111 学 生 王甜 指导教师 于蕾 2015 年摘要随着社会的发展，生活的压力越来越大，心脏类疾病的患病率在不断增加，逐步上升为危害人类生命的最重要因素之一。现在存在的心电监护设备，不是体积大操作麻烦，就是成本高，价格昂贵。现在人们迫切需要一款便携式的，价格低廉的心电监护系统。即满足患者日常的心电监护功能，又出行方便携带。本系统我们结合了Android的特点，利用Android的框架和蓝牙的通信实现了心电数据采集功能，心电图绘制模块将心电数据绘制成直观

2、的心电图，以医务人员的查看和分析。另外提供了文件存储，和使用SQLite对用户的信息进行存储和管理,并且提供的发送短信功能。本系统可能没有医院的心电设备功能强大，但是日常的中的使用和监测完全可以满足。出行时可以随身携带，非常方便，并且可以有酷炫的视觉感受，方便用户操作。既成本低，又低能耗。以后将成为大家生活健康的使用趋势。关键词：心电，安卓，蓝牙AbstractWith the development of the society, the life to the more and more pressure, the prevalence of heart diseases are on t

3、he increase, gradually increased to endanger human life one of the most important factor. Now existing ecg monitoring equipment, not the volume big trouble operation, is the high cost, is expensive. Now there is an urgent need of a portable, inexpensive ecg monitoring system. Satisfy patients ecg mo

4、nitoring function, and travel is convenient to carry.We combined with the characteristics of the Android, this system using the Android framework and the bluetooth communication realizes the ecg data acquisition function, electrocardiogram (ecg) drawing module to ecg data into intuitive electrocardi

5、ogram (ecg), in order to view and analysis of medical workers. Also provides file storage, and use SQLite to store and manage the users information.The system may not be the hospital electrical equipment, powerful but can completely satisfy the daily use and monitoring. Can carry, when travel is ver

6、y convenient, and can have the feeling of cool, easy operation. Both low cost and low energy consumption. The use of the later will become everyone healthy life trend.KEY WORDS: ecg, android, bluetooth第1章 前 言1.1 课题背景随着经济和社会的快速发展，人们的工作压力和生活压力越来越大，越来越多的人患有慢性病，处于亚健康的状态，而心血管疾病的发病率和死亡率均居各种疾病之首，根据最新的研究报告显

7、示，心脏类的疾病和发病率呈上升趋势，心血管疾病导致死亡人数超过全国共死亡人数的40%，并且年轻人的患病率也在逐步上升，尤其3554岁青壮年的死亡和患病率增加最为迅速。世界卫生组织发表报告称，心脏病和癌症是威胁中国人生命和健康的两大主要杀手。心脏类疾病的危害非常大，而且具有发病只是在一瞬间的事，因此很多家庭承受着很大的负担，因此心脏病的预防和治疗显得尤为重要。现在医学界最直接，临床使用最广的心脏检查技术就是心电图。通过心电图，医生可以很及时的准确的了解病人的心脏情况，并且对病情进行及时的诊断。现在医院一般的心电仪都是是功能比较复杂，体积比较大，当然价格也比较昂贵。一般的病人出门不容易携带，对一般

8、突发的病情没有做到很好的应对，没有及时处理的话非常容易危及病人的生命。并且现在的年轻人工作繁忙，没有时间去医院做检查，而老年人身体行动不便，去医院更是不方便。为身体的健康留下了很多的隐患。现在虽然已经有一些便携式心电设备，但是因为需要的数据采集，显示，和计算的功能需求比较高，从而导致设备的体积较大，价格比较昂贵。不能再大家的日常生活中得到广泛的普及。因此一款便捷的，低成本的心电数据采集系统对于人们的健康而言，很是需要。本课题的设计的心电数据采集系统通过智能手机自带的显示和计算功能，利用蓝牙通信实现数据的收集。1.2 国内外研究状况心电图主要来源于心脏去极化波在体表生成微弱信号，现在市场上的心电

9、监护设备主要分为有两种：其中一种是医院使用的传统的心电图机，它的精度比较高，但是体积庞大，价格十分昂贵；另一种是市面上已经便携式心电设备，虽然这种设备相对于医院使用的心电图机小的多，除了存在微弱信号采集电路外，后端还有液晶显示器和嵌入式微机处理器，下位机cpu统一处理心电数据，包括波形显示，本地自动分析和存储，但是这种设备也相当于一台微型的计算机的硬件成本，费用依然昂贵。国外的便携式心电监护设备相对先进，但是价格相比国内高得多 。 智能手机的普及和平台的开放性和统一性，以及Android Market和 AppStore的商业模式，相比厂商才能开发的软件，激发了程序开发人员去学习和应用医疗领域

10、算法的积极性也为移动医疗行业注入了强大的动力1。 从无线数据采集方面，主要有Zigbee/WLAN/Bluetooth这几种采集方式。其中蓝牙协议就是天生用于建立无线个域网，IEEE 802.15规定无线个域网的工作范围是10米之内，正好可以建立完整的个人生理监护局域网。另外，超低功耗ULP技术BLE非常适合电池供电的低功耗需求场合一粒纽扣电池可以供BLE处理器运行数年之久。 1.3 心电监测常用设备（1）医院使用的大型心电监护设备，功能很强大，诊断数据很精确，基本医院里都在使用此类设备 ，如下图1-1，但是连接线太多，体积比较庞大，更主要是价格十分昂贵，因此只适合在大型医院里使用。图1-1

11、医院使用的心电监护设备（2）现在市面上也存在一些便携类设备如下图1-2,1-3，一个心电监护设备，必须要有数据传输，显示和计算等的功能，因此该设备也需要单独的显示器和cpu。因此价格也相对比较昂贵，生活中的使用也不是很广泛。图1-2 便携式心电仪监护设备(1)图1-3便携式心电监护设备(2)1.4 发展趋势心脏类疾病的患者的数量在不断增加，而相对的预防和治疗设备对于我们来说尤为重要。现在医院的设备有很大的功能，但是体积非常大，价格当然也非常昂贵，只适合在医院为一些患者治疗检查使用，在日常家庭生活中的使用几乎不可能。而现在市面上的一些便携式心电监护设备，价格也比较昂贵，体积稍微偏大，出门不容易携

12、带，不能做到日常 生活中的普及。看着现在走在大街上，公园中，上班族，学生等的这些人群中，几乎没有人不随身携带智能手机，智能手机几乎成为人们生活中的必备品。然而开发一款以手机为支撑的心电数据采集系统必定给大家带来了更多的方便。并且心电监护系统一般需要一定的显示、计算和数据传输功能。而智能手机本身携带的这些功能为心电监护系统提供有力的硬件支持，降低了开发的成本，实现了资源的充分利用，对于开发人员，有了很大的鼓舞和动力。对于大众患者，即获得的健康保障，又不费事，不费钱。先在android在手机系统里面已经占据了很大的地位，android也成为的手机等便携设备中最具开放性的操作系统，现在安卓的技术已经

13、非常成熟，安卓的相关产品很是受大家的欢迎。并且现在不管是在IOS还是安卓还都没有开发出任何一款这样的产品，因此具有很大的市场空间。1.5 章节安排第一章 前言 描述基于手机的心电数据源采集系统当前课题的背景，介绍了国内外对于此课题的研究现状，以及之后的发展方向和趋势。第二章 系统开发环境和技术 介绍了系统开发需要的软件，和对相关技术做了相关的讲解。第三章 系统分析 就系统的可行性，和需求概述以及的系统的需求方面进行了分析。第四章 系统设计 本章主要的内容就是对该软件结构整体架构的设计进行了介绍。并且针对每一个模块进行了介绍。第五章 系统实现 本章主要讲解了系统应用代码的设计，对每一个页面供能的

14、具体实现，展示了界面效果，和实现代码。第六章 系统开发中遇到的难点和对策 讲述了一些开发中遇到的问题，以及针对该问题的解决办法。结论 大致总结了一下系统的功能和优缺点，以及整个毕设过程的感想。第2章 系统开发环境和技术2.1系统的软件要求实现环境：Windows 7操作平台。实现语言：Java实现工具: eclipse ，要安装JDK，SDK,配置Eclipse插件ADT。SQLite.2.2系统硬件支持一个装有Andrdoid2.3.3以上系统的智能手机一个带有蓝牙功能的便携心电仪。2.3 Eclipse工具Eclipse最初主要用Java语言来开发，如果需要支持不同的计算机语言只需要安装不

15、同的插件Eclipse即可，比如Python和C+等开发工具。Eclipse是著名的跨平台的自由集成开发环境(IDE)。Eclipse的本身只是一个框架平台，但是因为塔具有众多插件的支持便使得Eclipse和其他功能相对固定的IDE软件来说拥有很难具有的灵活性。许多软件开发商都以Eclipse为框架来开发自己的他们自己的IDE2。Eclipse 起初是由IBM和OTI两家公司的IDE产品组合开创的，起始于1999年的4月。IBM为最初的Eclipse代码提供基础，包括PDE、Platform、和JDT。Eclipse项目是由IBM发起，至今，围绕着Eclipse项目已经发展成一个非常大的Ecl

16、ipse联盟，有超过150家软件公司都参与到Eclipse的项目中，其中包括Borland、Red Hat、SybaseBorland及Rational Software等。Eclipse界面跟先前的Visual Age for Java差不多，是一个开放源码项目，但由于其开放源码，任何人都可以免费得到，并可以在此基础上开发各自的插件，所以成为Visual Age for Java的替代品，随后也越来越受人们关注。之后还有包括Oracle在内的很多大型公司也纷纷加入了该项目，Eclipse的目标是要成为可以进行任意语言开发的IDE集成，使用的人只需下载各种语言的插件就可以使用。2.4 Java

17、语言Java是一种简单的，与平台无关平的，面向对象的，解释的，健壮的分布式的，安全的，结构的中立的，可移植的，性能很优异的多线程的，动态的语言。Java是一种可以撰写跨平台应用软件的面向对象的程序设计语言，是由Sun Microsystems公司（已经被oracle公司收购）于1995年5月发布的Java程序设计语言和Java平台，Java 技术具有卓越的通用性、高效性、平台移植性和安全性，并且广泛的应用于游戏控制台、个人PC、数据中心、移动电话、科学超级计算机和互联网，Java语言中不支持宏定义，不支持头文件，不支持结构和联合，不支持友元，因此大大的保证的Java程序的安全性，在全球云计算和

18、移动互联网的产业环境下，Java更具备了显著优势和广阔前景5。Java分为三个体系J2SE（Java2 Platform Standard Edition，java平台标准版），J2EE(Java 2 Platform,Enterprise Edition，java平台企业版)，J2ME(Java 2 Platform Micro Edition，java平台微型版)6。2.5 SQLiteSQLite是D.RichardHipp建立的公有领域项目，它是遵守ACID的关联式数据库管理系统，它包含在一个比较小的C库中。和常见的客户-服务器范例不一样，SQLite引擎不是个程序之间通信的独立进程，

19、而是和程序连接在一起成为它的一个主要部分。所以它主要的通信协议是在语言程序内的直接的API调用。这在延迟时间、消耗总量和整体简单性上有非常积极的作用。整个数据库(数据、定义、索引、表)都在宿主主机上在一个电议的文件中存储。它的设计是通过开始一个事务的从而锁定整个数据文件而完成的3。它的特点：零配置 无需安装和管理配置；比一些流行的数据库在大部分普通数据库操作要快、简单, 轻松的API；包含TCL绑定, 支持多种开发语言,C, PHP, Perl, Java, C#,Python；轻量级：SQLite数据库不存在客户端和服务器端。使用它时只要带上它的动态数据库就可以使用它的功能，而且它的动态库也

20、相当小；跨平台：SQLite数据库支持大部分主流操作系统，能在计算机和手机操作系统上运行；安全性：SQLite数据库可通过数据库级上的独占性和共享锁来实现独立事务处理。这意味着多个进程可以在同一时间从同一数据库读取数据，但只能有一个可以写入数据4。2.6 蓝牙蓝牙(Bluetooth):是一种无线技术标准，可以实现固定设备、移动设备和楼宇个域网之间的短距离数据交换(使用2.42.485GHz的ISM波段的UHF无线电波)。蓝牙技术最开始是由电信巨头爱立信公司于1994年创作，当时是作为RS232数据线的替代方案。蓝牙可以连接多个设备，攻克了数据同步的难题。如今的蓝牙由蓝牙技术联盟(Blueto

21、oth Special Interest Group，简称SIG)管理。蓝牙技术联盟在全球拥有超过25,000家成员公司，它们分布在电信、网络、计算机和消费电子等众多领域。IEEE将蓝牙技术列为IEEE 802.15.1，但如今已经不再维持该标准。蓝牙技术联盟负责监督蓝牙规范的开发，维护商标权益，并管理认证项目。制造商的设备要必须符合蓝牙技术联盟的标准才可以以蓝牙设备的名义进入市场。蓝牙技术拥有一套专利网络，可以发放给符合标准的设备。2.7 Android简介2.7.1 基本介绍Android是一个以Linux为基础的半开源式操作系统，主要用于移动设备，由开放手持设备Google联盟开发与领导

22、。 Android 系统最初由安迪鲁宾（Andy Rubin）制作，最初主要用来支持手机。2005年8月17日被Google收购。2007年11月5日，Google和84家硬件制造商、电信营运商及软件开发商组成开放手持设备联盟（Open Handset Alliance）来共同研发和改良Android系统并生产搭载Android的智慧型手机，并慢慢扩展到平板电脑iPad和其他领域上。随后，Google以Apache免费开源许可证的授权方式，发布了Android的源代码7。2.7.2 Android 的系统架构图2-1 android系统架构（1）应用层该层由运行在Dalvik虚拟机上的应用程序

23、组成，例如地图、日历、浏览器、联系人管理等，这些应用程序主要由JAVA语言编写，需要说明的是Dalvik虚拟机是Google为Android为Android专门设计的基于寄存器的Java虚拟机，运行Java程序的速度比JVM更快。（2）应用框架层该层主要由View、通知管理器、活动管理器等可供开发人员直接调用的API组成，这些API主要由Java语言编写。（3）系统运行库层该层主要包括C语言标准库，多媒体库、OpenGL ES、SQLite、Webkit、Dalvik虚拟机等。也就是说，该层是对应用框架层提供支持的层。由于Java 本身不能直接访问硬件，要想让Java 访问硬件，必须使用NDK

24、才可以，NDK是一些由C/C+编写的程写的库，主要是*.so文件，这些是有C/C+编写的程序也是该层的主要组成部分1。（4）Linux内核层该层主要包括驱动、内存管理、进程管理、网络协议栈等组件8。2.7.3 Android 的应用程序四大组件(1) ActivityActivity是Android的核心类，全称是android.app.Activity。Activity相当于C/S组件中的窗体或者Web程序的页面。每一个Activity提供了一个可视化的区域，在这个区域里可以放置各种Android控件，例如按键、图像文本框等。(2) Service（服务）服务没有可视化界面，但是可以在后台运

25、行。例如当用户进行其他操作时，可以利用服务后台播放音乐等。服务类必须从Android.app,.Service继承。并且其他程序还可以与服务进行通信。 (3) Broadcast Receiver（广播接受器）广播接受器组件唯一的功能就是接受广播的动作，以及对广播动作做出响应。一个应用程序可以有很多个广播接收器，所有的广播接收类都需要继承android.content.BroadcastReceiver类。广播接收器与服务一样，都没有用户接口，但是在广播接收器中可以启动一个人Activity来响应广播动作。(4) Content Provider内容提供者可以为依他应用程序提供数据，这些数据可

26、以保存在文件系统中，每一个内容提供者都是一个类， 这些类都是需要从android.content.ContentProvider类继承9。2.8 心电相关知识2.8.1 心脏传导系统心脏细胞消除极和复极的电的生理现象，为心脏运动的基础。心脏的兴奋性、自律性等都是以生物电活动为基础。称为电生理特性，主要表现是心脏激动的传播和产生，并且印发心脏的规律收缩。心脏的传导系统是心脏规律产生激动，迅速传播到心机细胞的中枢和纽带，它是由很多特殊分化的心机细胞组成的组织。正常情况当心肌细胞的细胞膜收到刺激是，钾、钙氯等离子的通透性改变，引起膜内外的阴阳离子流动，从而产生一对电偶。因此将电极放在人体表面，即可测

27、量到心动周期的规律变化曲线。这就是心电图信号（ECG）10。心电图信号记录的心脏细胞消除极与复极的过程，反映了心脏电兴奋于传导系统中的传导过程和产生。因此，在一定程度上可以反应心脏中各部位的生理健康状况。是评价心脏功能，诊断心脏类疾病的重要手段之一。目前，心电图在心脏类疾病的诊断方面起到的重要作用没有其他方法能够代替。2.8.2心电信号特点ECG信号是体表电极测量出来的心电电压随时间而变化的函数，属于时域类型的波形信号。虽然从人体不同体表部位测得的心电波形有所差异。但是一般正常的心电波周期均可分为PR段、P波、T波、QRS波群、ST段等几个部分，且他们都具体代表着固定的生理意义11。ECG信号

28、的随机性比较强，信号随时都在变化不能用固定的函数来表示。还有就是噪声背景强，它属于频率低、幅度低的微弱信号，有用的信号经常被埋没在噪声干扰中，检测困难。2.8.3 心电信号预处理临床采集动态电信号，非常容易受到环境，活动的程度、运动量大小的不同，系统采集的ECG差距也非常大，心电信号我是微弱信号，采集过程中容易受到各种不可避免的噪声干扰。而这些干扰会导致ECG信号的畸变，对ECG的检测和判断制造了极大的干扰。为了尽可能的消除干扰在硬件方面，利用ECG信号在频率和幅度上与干扰信号的不同。设计了带通滤波器来消除高频干扰信号，和低频基线漂移信号，提高系统共模抑制比。有效的减少干扰。但是对于复杂一点的

29、情况，干扰的处理不是那么理想。在软件方面，可以通过数字滤波和一些信号处理技术来进行预处理抗抗干扰。通过小波滤波器、自适应滤波器和形态学滤波器等方法进行滤波预处理，从而减少干扰12。第3章 系统分析3.1 现行系统的特点现在市面上已经存在的心电数据采集设备，因为都需要有独立的显示功能，数据接收功能，和计算功能，所以它们不是体积庞大就是价格昂贵，在用户的日常生活中不能起到很实用的效果。那么本文中提到的论文，利用智能手机的硬件，利用android的架构，蓝牙的传输功能，更有效的将资源进行利用，系统设备体积小，出门方便携带。系统中也开发了病例模块和短信通知模块，可以对用户的健康进行实时的监护。本系统对

30、我国现有的病人严重集中在大医院的模式向预防、诊断并治疗疾病由中心医院和社区医院及家庭同时协作进行了有效的尝试，这样可以用于人群的心脏病监测，对于老年人和年轻人都有特别有效的作用，这样大大减轻了患者自身的就医负担，同时也减轻中心医院负担。3.2 系统的可行性分析可行性分析也称为可行性研究，即是在系统调查的基础上，针对新系统的开发是否具备必要性和可能性，对新系统的开发从技术、经济、管理的方面进行分析和研究，以避免投资失误，保证新系统的开发成功。可行性研究的目的就是用最小的代价在尽可能短的时间内确定问题是否能够解决。该系统的可行性分析包括以下几个方面的内容3.2.1 技术可行性随着科学和社会的发展，

31、智能手机的技术已经越来越成熟，功能越来越强大，从打电话、发短信到上网聊天，再到跑步传感定位等等与人们的生活关联越来越来，现在智能手机已经成为大众的生命一般总要的东西。而安卓作为Google的免费开源系统之后，在众多安卓技术人员的共同维护和努力下边的越来越完善，现在安卓以经是智能手机系统的主导系统之一，现在很多的智能设备、iPad等的要都使用安卓做为支撑的操作系统。因此基于安卓的系统在技术和使用范围都十分适合个支持我们的心电数据采集系统，并且有很大的市场空间。蓝牙协议就是天生用于建立无线个域网，IEEE 802.15规定无线个域网的工作范围是10米之内，正好可以建立完整的个人生理监护局域网。与无

32、线数据采集方面的Zigbee/WLAN/Bluetooth这几种采集方式相比，蓝牙协议更节能。它的超低功耗ULP技术BLE非常适合电池供电的低功耗需求场合一粒纽扣电池可以供BLE处理器运行数年之久。现在的蓝牙技术已经使用非常广泛，很多设备都具有蓝牙功能，而现在市面上已经存在了具有蓝牙功能的心电仪，为数据的采集、传输做了有力的支撑。基于智能手机，安卓系统，和蓝牙功能。充分利用了智能手机现有的硬件资源，和软件资源，降低了成本。而智能手机的轻薄化，和便携心电仪很微小话，给大家出门随身携带带来的方便，相信我们的系统会带给大家很大帮助，会很受大家的欢迎。3.2.2 经济可行性主要是对项目的经济效益进行评价，利用手机来进行心电数据采集和监测是现在社会非常先进和方便的一种方式。开发一套能满足用户日常心电监测的软件是十分必要的，实现心电的检测，绘