穿戴式躯感网系统的设计与实现

　　1.1.3体温模块

　　体温模块采用非接触式TN901红外测温传感器，它采用高灵敏度、高精度、低功耗设计，它只需3V电压供电，并且具有I²C数字接口，能很好的与单片机进行通。该模块完成数据的采集，经过单片机处理和计算，将体温值通过串口蓝牙模块完成数据的传输。

　　该模块利用TN901传感器接近监护对象的皮肤，实现对人体的体温测量。测量的误差低于+0.3℃，并具有便捷、精确和快速、安全、高精度、低功耗、非接触等优点。该模块体积小，方便携带。体温模块的系统结构图如图7所示。

　　1.2 通信模块

　　通信模块主要由蓝牙模块、模块识别和信息安全、数据传输协议三部分组成，主要是为躯感网系统数据稳定地、可靠地、安全地传输到躯感网中心点提供保障。

　　1.2.1 蓝牙模块

　　为了生理数据采集模块可穿戴性、可携带性，以及蓝牙的广泛应用，该系统采用蓝牙通信完成无线传输生理参数信息。

　　蓝牙作为一种低成本近距离的无线通信方式，解除了设备之间电缆连接的不便，且具有功耗低，对人体危害小等各种优点。使用蓝牙通信模块，可以使得用户摆脱有线的限制，可以自由行动。在本系统中采用ATK-HC05 模块，它是一款高性能主从一体串口蓝牙模块，将STM32或单片机的串口输出引脚与ATK-HC05模块相对应的引脚进行连接。该模块尺寸只有16mm*32mm，并且兼容5v或3.3v单片机系统，方便与设计的数据采集模块进行结合。另外还可以通过AT命令操作模块设置相应的波特率、配对密码、奇偶校验、数据位数、停止位等一些信息。

　　1.2.2 模块识别和信息安全

　　由于监护对象的生理参数信息的隐私性和重要性，它不应被别人访问或获取，因此在数据采集模块将采集的生理数据传输到躯感网中心点之前需要进行模块识别和权限验证。

　　在本系统中，模块识别策略是利用蓝牙模块的关键码来验证，关键码是由蓝牙模块的功能号和序号组成，如心电模块的功能号为ECG，血氧模块的功能号为SPO，其他模块与之类似。在躯感网中心点上对模块的关键码进行验证，如果验证成功，建立蓝牙通信连接。

　　在躯感网中心点与数据采集模块连接建立之后，还需确定访问者是否有权获取该数据采集模块采集的数据。因此在本系统中，采集模块还需对躯感网中心点进行权限验证，由躯感网中心点提供访问该模块的用户名和密码，相应的采集模块来进行验证，如果验证成功，则将采集的生理数据传输到该躯感网中心点，否则取消与躯感网中心端的连接。

　　1.2.3 数据传输协议

　　由于蓝牙通信具有所有的无线通信共同的缺点，即通信的不稳定性和易受外界环境干扰的特性。数据在传输过程中，很容易产生数据传输中断和数据丢失的现象，当丢失的数据达到一定程度时，很容易使得接收端对数据进行误判，产生错误的结果，所以，需要设计一套实时和可靠的数据传输协议使得采集到的数据按照一定的格式封装并尽可能快地传输到躯感网中心点进行实时显示。

　　针对中心处理平台资源有限性和数据传输可靠性，本系统采用固定长度的数据帧来封装生理参数数据，帧数据格式如图8所示。穿戴式传感器采用循环缓冲区来存储数据，发送子程序负责将采集到的生理数据封装成帧数据并完成帧数据的发送。对躯感网中心点要求重发的帧按照帧序号进行重发，考虑到MCU的存储数据空间大小有限以及ECG波形、血氧波形实时显示性，只重发一次丢失的帧数据，由于在通常情况下，丢失数据发生的概率较少，所以重传一次能够满足大部分的要求，同时保证了好的实时性。

　　1.3 中心处理模块

　　中心处理模块主要完成生理数据的接收以及将生理参数可视化地展现出来，方便监护对象能够实时地了解自己的健康状况。在本系统中，中心处理模块运行在智能手机上，它采用Android系统，主要实现了实时监护、查看历史数据、GPS定位，异常情况自动报警等功能。

　　Android系统提供了蓝牙API开发类，实现打开蓝牙、搜索附近蓝牙设备等基本操作，再利用蓝牙套接字连接，实现数据传输。在Android应用程序中，需要利用多线程同时保持多个通信连接，分别接收躯感网中的多个数据采集模块传输到中心处理模块上的生理数据。在进行生理参数数据传输的同时，对生理数据进行解析和处理并利用绘图类SurfaceView，可以显示实时性的ECG波形、血氧波形变化曲线，并通过检测一段时间内的QRS波个数，来计算心率。并以直观的数字形式显示心率、呼吸率、脉率、血氧饱和度、体温，并利用文件操作类实现数据存储，为后期的疾病诊断提供帮助。系统中还实现GPS定位、异常情况自动报警功能，例如：心率如果超过90次/min，则发出心跳过快语音报警。中心处理模块的主界面如图9所示。