健康信息采集与移动推送云系统.doc

健康信息采集与移动推送云系统摘要：本设计是基于STM32+LINUX系统、百度云平台以及移动平台的开发，建立在广域网以及局域网的信息服务中心。健康信息采集与移动推送云系统可以应用于智能家居、安防监控、物联网、智能医疗等相关领域。本次设计的STM32+LINUX系统电路板通过架设ftp服务器、web服务器、3G上网卡、HIFI高清声卡、温度及湿度传感器、光强传感器、血氧监测器、液晶显示屏等设备进行智能家居的实现以及健康信息的采集。通过百度云平台随时随地观测家人身体状况及控制家中设备。也可以通过移动平台实现家居智能化与自身健康信息采集。关键词： 信息采集 STM32+LINUX系统 云系统 移动平台n引言 随着移动互联网的发展，很多实用新型的智能仪器不断涌现，医疗作为智能发展的一个重要领域，未来将会继续向个性化、移动化方向进步。 将物联网技术用于医疗领域，借由数字化、可视化模式，可使有限医疗资源让更多人共享。从目前医疗信息化的发展来看，随着医疗卫生社区化、保健化的发展趋势日益明显，通过射频仪器等相关终端设备在家庭中进行体征信息的实时跟踪与监控，通过有效的物联网，可以实现医院对患者或者是亚健康病人的实时诊断与健康提醒，从而有效地减少和控制病患的发生与发展。 本设计是基于智能医疗的问题进行主要研究，设计出基于STM32+LINUX系统、百度云平台以及移动平台的开发，建立在广域网以及局域网的信息服务中心。本设计的STM32+LINUX系统电路板通过架设ftp服务器、web服务器、3G上网卡、HIFI高清声卡、温度及湿度传感器、光强传感器、血氧监测器、液晶显示屏等设备进行智能家居的实现以及健康信息的采集。通过百度云平台随时随地观测家人身体状况及控制家中设备。通过移动平台实现家居智能化与自身健康信息采集。同时，该系统也可以应用于智能家居、安防监控、物联网等相关领域。一、系统设计1.1系统总体设计健康信息采集与移动推送云系统，如图1-1所示，用户在家中用手机与STM32+LINUX电路板进行连接，此时电路板配置成AP模式。用户可以通过手机来控制STM32+LINUX电路板，同时电路板会将自动监测到的室内环境状况反馈到用户手机。在图1-1中，当STM32+LINUX电路板配置成client模式，即作为一台主机，接入其他WIFI接入点，从而接入广域网Internet。这样用户和医生就可以通过百度云端查看家中环境情况、控制家中电器以及查看家人健康状况。图1-1系统总体设计示意图1.2 电路板与移动平台方案分析图2-2为STM32+LINUX电路板设定为AP模式，手机端与电路板相连接。用户可以通过手机控制STM32+LINUX电路板的液晶屏上图片显示，灯的开关，流媒体的播放，查看室内光强、温度与湿度，监测自身的血氧脉搏。图1-2移动端功能图C语言程序将温度、湿度以及光强数据通过STM32+LINUX电路板串口接收，移动平台端的程序将获得的数据显示到手机上。当STM32+LINUX电路板监测到血氧脉搏数据时，会通过电路板的串口发送给单片机，移动平台可以将获得的血氧脉搏数据显示到手机上。1.3 电路板与百度云方案分析STM32+LINUX电路板设定为客户端时，通过WIFI接入点，与百度云进行广域网的连接。在如图2-3中，用户通过广域网可以控制STM32+LINUX电路板的图片显示、灯亮灭、流媒体播放等功能。STM32+LINUX电路板将监测到的室内温度、湿度以及光强等信息也可以通过广域网向百度云上传，以便用户实时查询。当家中有人进行血氧脉搏监测时，数据会上传到百度云端，以便医生进行数据分析。图1-3百度云端功能图医生根据百度云端显示的患者血氧以及脉搏数据，进行建议分析，录入到数据库中。用户可以看到相应的医嘱回复。二、STM32+LINUX电路板原理及电路图2.1硬件平台总体设计STM32+LINUX电路板，如图2-1所示，挂载了HIFI高清声卡、3G上网卡和血氧监测设备等，包含了架设小型ftp服务器、温度及湿度传感器、光强传感器、液晶屏等。STM32+LINUX电路板具有健康信息采集、web控制、安卓手机控制、流媒体服务等功能。图2-1 STM32+LINUX电路板在图2-2 STM32+LINUX电路板架构图中，中央模块为可嵌入linux系统，两组网口与中央模块直接相连，用于外接网线。电源接口需5V适配器提供电源。USB接口可外接U盘、HIFI声卡以及血氧监测仪器等。电路板中的STM32单片机可用于控制液晶屏、温度及湿度传感器、Flash闪存存储器、液晶屏等。其中Flash闪存存储器用于存放图片信息。图2-2 STM32+LINUX电路板硬件架构图2.2单元电路设计2.2.1中央模块中央模块即Linux嵌入式系统的处理模块硬件部分，如图2-3所示，中央模块中的引脚DM、DP、5V和GND与USB引脚相连。串口用来显示开机启动信息、作为Linux系统的终端以及和STM32进行通信等。由于STM32+LINUX电路板的中央模块是基于Linux内核搭建起来的，所以在本次设计中我们用C语言编辑的程序可以编译成可执行程序，上传到电路板后，进而实现目标功能的开发。图2-3中央模块中央模块的8个引脚E1TX+、E1TX-、E1RX+、E1RX-、E4TX+、E4TX-、E4RX+、E4RX-与图2-4中两组网口相连。STM32-LINUX电路板可以支持多种网络接入方式：用网线将PC机与电路板相连，二者可以进行网络通信；可将电路板配置成AP模式，使其他的PC机通过无线和电路板进行网络连接；电路板也可配置成client模式，即作为一台主机，接入其他WIFI接入点，从而接入广域网Internet；也可通过3G网卡接入广域网。图2-4网口电路图 电路板支持lftp上传下载文件，可实现主动向ftp服务端拨号，具有上传下载文件功能。由于STM32+LINUX电路板是一个小型的web服务器，所以只要将编写好的网页文件上传到电路板的相应文件夹下，在其它与电路板网络通信正常的主机浏览器里，就可以浏览到电路板上保存的网页信息。2.2.2温湿度传感器DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。DHT11采用的是单线双向的串行接口。DATA 引脚用于微处理器与 DHT11之间的通讯和同步,采用单总线数据格式,一次通讯时间4ms左右,数据分小数部分和整数部分。操作温湿度传感器时，首先需要一段延时，然后对温湿度传感器进行初始化，再对串口进行配置，在主循环里不断的读取温湿度的数据存放到table数组里，最后再通过串口发送出去。图2-5 DHT11数字温湿度传感器电路图2.2.3光强传感器 本设计的STM32F051R8有1个ADC。STM32的ADC最大的转换速率为1Mhz，也就是转换时间为1us（在ADCCLK=14M,采样周期为1.5个ADC 时钟下得到），所以不要让ADC的时钟超过14M，否则将导致结果准确度下降。STM32的ADC在单次转换模式下，只执行一次转换，该模式可以通过软件用设置ADSTART=1启动ADC转换，也可以通过外部触发启动。一旦所选择的通道转换完成，转换结果将被存在 ADC_DR 寄存器中，EOC（转换结束）标志将被置位，如果设置EOCIE，则会产生中断，ADC将停止，直至下次启动。2.2.4血氧脉搏监测仪血氧脉搏监测仪会向STM32+LINUX电路板ttyUSB0串口不断的发送数据，在本次设计中，会在STM32+LINUX电路板中采用lua语言进行打开ttyUSB0串口、读取串口中的数据以及将数据最终打印出来一系列操作。2.2.5液晶屏图2-6液晶屏LCD由R61580驱动，每个像素点对应一个RAM，而RAM中的数据是STM32单片机通过八位通用IO口分两次并行写入的，RAM中的数据决定了每个点的颜色。图2-6液晶屏原理图在STM32+LINUX电路板中，我们将所需要展示的图片以二进制文件形式放到优盘中。用C语言程序打开二进制文件，将二进制数据向指定STM32单片机串口发送，单片机接收到数据后，显示到液晶屏上。三、百度云系统及移动平台设计3.1百度云系统设计3.1.1百度云端相关技术在本次设计的外网部分，我们采用了百度应用引擎（BAE）。BAE在架构上分为执行环境、管理系统以及多种分布式服务。执行环境包含了接入层、代码执行层以及数据层；管理系统包含了用户管理平台、系统管理平台、监控服务等；分布式服务包含了数据库、缓存、云存储等服务。在百度云端基于BAE架构，我们进行了php应用的开发、编译、发布、调试。为了存储系统中的用户姓名密码、医生姓名密码、室内温度湿度及光强数据、患者血氧脉搏数据以及相应医生建议等信息，我们采用了最广泛的mysql实现。3.1.2数据库设计在本次百度云端设计中，我们用mysql数据库建立了7个表单：用户登录表单、医生登录表单、温湿度光强表单、血氧脉搏表单、医生建议表单、控制灯开关表单以及控制图片显示表单。用户登录表单用来记录用户的名字以及相应密码，以便使得可以查看各自家庭的温度、湿度、光强数据以及血氧和脉搏数值。医生登录表单用来记录医生姓名及相应密码，在该表单中医生可以提交对患者的诊断。温湿度光强表单用来记录各自家庭的的名字及STM32+LINUX电路板上传的温湿度光强数据。血氧脉搏表单用来保存STM32+LINUX电路板上传的各自家庭血氧脉搏数据以及上传的时间。医生建议表单用来记录医生对每个家庭的身体状况的建议。在图3-1中，用户填入正确的登陆名以及相应的密码，符合后台判断后，就可以对系统进行操作。系统会对用户的登陆名进行识别，这样每个用户只能操作、查询到自己家庭的设备以及状况。图3-1用户登录表单图3-2为医生登陆表单，将医生的登陆名以及密码记录，符合后台判断后，医生可以对医疗界面进行操作。图3-2医生登录表单STM32+LINUX电路板与百度云服务器连接后，会发送一串数据：用户登陆名+温湿度及光强数据，该数据将存入图3-3温湿度光强表单中。系统会根据用户登陆名进行区分，将各自的家庭区分开，以便每个家庭只能查询到自家温湿度及光强数据。图3-3温湿度光强表单家中患者在测试血氧以及脉搏的数据后，将血氧脉搏的数据向百度云端传送。数据记录在图3-4中的血氧脉搏表单中，以便用户以及医生进行查询。图3-4血氧脉搏表单医生会看到所有用户的血氧脉搏的数据，医生会将建议填入图3-5医生建议的表单中。图3-5医生建议表单图3-6为百度云系统控制STM32+LINUX电路板小灯亮灭的表单。当state的值为1时，为小灯开启。图3-6小灯亮灭表单3.2移动平台设计3.2.1移动端相关技术在移动端的设计中，我们采用了PhoneGap开发平台，用html5语言代替了java语言设计移动端的界面及功能。PhoneGap是一个用基于HTML，CSS和JavaScript的，创建移动跨平台移动应用程序的快速开发平台。移动端的界面设计，我们采用了jquery mobile框架。jquery mobile框架是基于html5，并且拥有响应式网站特性。jquery mobile框架兼容了所有主流媒体移动设备平台的统一UI接口系统以及前端开发框架。3.2.2移动端STM32+LINUX电路板与手机连接后，进入控制界面。在控制界面中，可以控制STM32+LINUX电路板上的LED灯、图片显示。进入音乐播放界面后，我们能播放相应的音频。在监测界面中，我们能看到当前的温度、湿度以及光强。图3-7移动端功能图四、系统测试及分析4.1电路板与移动端测试及分析图4-1为移动端控制界面展示，当点击手机打开led按钮时，电路板上的小灯点亮。当点击控制界面上的“显示图片1”时，液晶屏上会显示图片1。图4-1移动端控制界面展示图图4-2为移动端音乐展示，当点击手机上的音乐播放按钮时，音响会响起相应的音频。图4-2移动端音乐界面展示图4.2电路板与百度云端测试及分析图4-3为网页端的登陆界面，在登陆界面有两个登陆框，一个是用户身份、一个是医生身份。图4-3网页端登录界面图4-4为网页端的控制界面，当进入控制界面时，我们可以控制电路板上的小灯状态以及图片显示。图4-4网页端控制界面进入图4-5网页端的音乐界面时，点击音乐按钮可以控制音乐媒体播放。图4-5网页端音乐界面图4-6为温湿度及光强界面，在该界面可以看到室内的温度、湿度以及光强数据。图4-6网页端温湿度光强界面图4-7为用户医疗界面，在该界面中，我们可以用户可以看到家人的血氧、脉搏数据，以及医生的建议。图4-7网页端用户医疗界面图4-8为医生的医疗界面，在该界面中，医生可以通过查看患者的血氧、脉搏数据来为患者提供专业的诊断。图4-8网页端医生医疗界面五、系统设计创新点分析系统设计创新点如下：1.本次设计的STM32+LINUX电路板包含了web服务器、3G上网卡、HIFI高清声卡、温湿度传感器、光强传感器、血氧监测器、液晶显示屏等设备，成功实现了智能化家居及健康采集等功能。2.STM32+LINUX电路板配置成AP模式时，移动平台通过无线与其连接，通过手机就可以达到实时控制家中电器、对环境进行安全监控以及对自身健康进行检测等目的。3.在移动端采用了phonegap快速开发平台，并用html5代替了java实