1、目的及意义

1.1 研究目的及意义

随着科技的不断进步，人们生活不断得到改善，同时医疗水平也在不断提高，人类寿命越来越长，社会整体步入了老龄化时代。当今社会人口老龄化的问题日趋严重，心脏类疾病的发病率越来越高，对老年人的心电监护也越来越受到重视。但是由于医院监护条件、患者经济条件和个人时间的制约，对这部分人群的监护覆盖面不足，无法在患者病危时及时施救，无法及时跟踪亚健康人群的生理参数，做到有效预防心血管疾病的发生。

当前移动互联网技术的发展以及智能手机等移动终端的普及，以移动智能终端为平台，将医疗监控的功能通过便携设备来实现的现象越来越普遍。目前主流的智能终端操作系统为Android。Android平台的免费和开放得到众多手机开发商的支持。近年来Android的用户数量的不断增长，越来越多的新型应用基于Android被开发和推广。此外Bluetooth BLE等无线通信技术的发展，使得通过智能手机来完成对人体心脏健康参数的采集和分析成为可能。目前的移动智能终端携带方便，储存与计算的能力十分强大，为底层嵌入式硬件和上层应用软件的开发提供了广阔的资源。

从2013年开始，Polar公司推出Polar H系列的心率带，现在市场上出售的Polar H7功能在不断地完善，它可以在一秒钟内测量一次心率，并将其作为心率测量通知发送。同时Polar H7传感器还支持心率变异性指标，如R-R间隔指标，R-R间隔的单位是1/1024秒。Polar H7心率带也同样支持蓝牙BLE。但是现在市面上的有关于心率测量的App只能采集心率数据，没有采集心率变异性方面的指标的功能，不能很好地发挥Polar H7心率带的性能，也不能很好地反映出用户自己的心脏工作的情况，并且无法做到24小时监控，和常规的医用心率检测器差距巨大。

本项目的目标是设计和实现一个基于Android平台的心电监护APP，取名为HRTacer APP。该APP充分利用Polar H7心率带的功能，结合Bluetooth BLE等技术，实现一种性价比高，便携性好的个人心脏指标监测模式。通过24小时实时监测，完成心率和心率变异性数据的采集和分析，既降低了监护成本，也提高了心电监护的便捷性，可代替昂贵的医疗设备对用户进行实时的监测。只需购买Polar H7心率带，就可以实现对心脏的工作状态进行随时随地地监控，从而使心电监护走进千家万户成为可能，有效的缓解医疗资 源紧缺的压力，提高全民的健康水平。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 蓝牙BLE的研究现状

BLE是一种新型的快速连接以及低延时、连接点不受限制，以及支持IPV6演进等特性的超低功耗无线传输技术，主要针对低成本、低复杂度的无线体域网和无线个域网设计，并非只增加可达的数据传输速率，而是尽力降低运行与待机的功耗。

目前智能手机平台Android（4.3以上），IOS（6.0以上）以及Windows(8.0以上）均支持了BLE，使其天然地具备了移动互联平台的能力。

PriyankaS S（2014）和Nagajayanthi B（2014）提出了传统蓝牙的缺陷，即为在BLE规范发布之前，诸多领域的蓝牙产品均通过传统蓝牙来实现，而2.1及3.0蓝牙版本的耗电是个不能逃避的问题，电池一般只可以维持一天至数天的工作。特别是对于那些采用纽扣电池的可穿戴以及运动健康设备，尽管有很好的创意，但是由于必须经常更换电池或者充电，实际使用和用户体验均不理想，而BLE技术在这方面的改变，带给了人们成功的应用与体验。

此外，Noguchi S（2015）和Niibori M（2015）提出了Beacon与BLE技术的结合，如今伴随着人们对于智能手机的接受程度越来越大，智能手机可以成为可穿戴设备的控制中心。所以智能移动与ＢＬＥ技术的结合会在未来的几年，成为未来科技领域的一个非常强有力的内容。

随着安卓平台加码支持蓝牙4.0，自2010年问世以来就引起广泛的关注的BLE技术在应用领域表现的越来越强大。金纯（2016）和谭晖（2016）先后提出了相似的观点：作为一项可广泛植入各类产品、仅需要一枚纽扣电池便可以运行10年的技术，BLE已然成为站在了下一次无线技术革命的前沿，除了在运动安全、无线办公和移动组件及医疗保健等领域的研究应用之外，还包括可穿戴设备的研究应用。

1.2.2 基于Android的心电监护软件系统的研究现状

心电状态是人体生理的一项重要指标，与心脏状态和功能密切相关。随着技术的快速发展，心率监测对人体的作用也得到了加强，人们不仅在住院时需要对心率进行监测，在平时生活中，也需要对心率实时监测，并对异常的心率值进行及时地汇报，随着无线传输技术的快速发展，心率监测与传输的方案也日新月异。

早在2013年8月，清华大学研究生院的蓝坤提出了一种基于Android平台的心电监护软件系统，这个系统结合Android平台的特点，利用Android的通用框架完成软件系统开发。软件系统使用蓝牙、串口等与心电采集模块通信，获取心电数据并在移动设备进行实时分析，利用3G等无线网络技术接入互联网，实现心电数据的远程传输。

在2014年7月，孙旭东提出了一种集成于Android智能手机的心电监护仪系统。这个系统是将十二导联心电采集电路以模块的形式直接集成于智能手机的主电路板上，将导联线插头插入手机预留的插座上，开启Android应用程序即可进行心电监护，可以通过手机的Wifi、3G等无线通信方式将心电数据实时发送到远程服务器端。实现了心电监护系统和Android智能手机的集成。

然而在2016年，胡海设计了一种树型通信传输网络，实现了心率数据的网络传输。他设计的无线心率计采用红外线心率传感器采集数据，低功耗藍牙芯片进行数据处理和传输。让心率传输和蓝牙BLE结合，实现了低功耗传输，对实现心率信息的多级传输产生了重要的意义。

1.2.3 研究评述

综上所述，目前市面上还没有廉价的、便于携带的心电监护系统。故本项目拟设计一种基于Android平台的心电监护APP。该APP充分利用市面上易于购买且价格低廉的ECG心率带，结合Bluetooth BLE等技术，实现一种性价比高，便携性好的个人心脏指标监测模式。

2、研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

2.1设计的基本内容

本设计的基本内容是一个基于Android平台的心电监护APP，命名为HRTacer APP。本系统通过Polar H7心率带采集人体的心率指标，通过蓝牙BLE通信协议将采集的心率指标数据发送至HRTacer APP，HRTacer APP对心率指标进行解析，将指标保存到SQLite数据库中，然后将心率和R-R间期值等HRV指标以表格的形式展现，同时做出显示心率指标的曲线。并且在数据出现异常的时候通过震动和声音对用户进行提示。

2.2设计的目标

本设计的目标是：该APP充分利用Polar H7心率带的功能，结合Bluetooth BLE等技术，实现一种性价比高，便携性好的个人心脏指标监测模式。通过24小时实时监测，完成心率和心率变异性数据的采集和分析，既降低了监护成本，也提高了心电监护的便捷性，可代替昂贵的医疗设备对用户进行实时的监测。只需购买Polar H7心率带，就可以实现对心脏的工作状态进行随时随地地监控，从而使心电监护走进千家万户成为可能，有效的缓解医疗资源紧缺的压力，提高全民的健康水平。本设计需要实现以下功能：

（1）实时采集心率和心率变异性数据指标

在应用内可以实时显示出用户的心脏参数指标，如心率、逐次心跳之间R-R间期值。

（2）实时预警

当设备检测出心率数据异常的时候，如心率过低或者过高，R-R期间值不稳定等，应用可以对用户进行及时地提醒。

（3）图形显示

该应用可以以表格和曲线的形式向用户展示自己的心率指标和心率变异性指标，方便用户直观地感受到自己的心脏跳动的变化，每秒更新一次数据。

（4）离线分析

用户的心率数据保存在本地，并且用户可以自行查阅自己的历史数据。

（5）24小时监控不间断监控

能够保存24小时的心率指标数据，通过图形和表格的方式查看保存的指标数据。

2.3 技术方案及措施

HRTacer APP由数据采集服务模块、心率数据分析模块、SQLite数据库模块以及界面显示模块组成。利用数据采集模块与Polar H7心率带完成连接后，该APP接收由心率带传出来的数据，将数据上报至心率数据分析模块，由心率数据分析模块完成原始数据的分析，并将分析结果存储在SQLite数据库中，同时将分析结果传输至界面显示模块，由界面显示模块以图表的形式与用户形成交互。当用户想要查看或者导出历史数据的时候，由界面显示模块提出申请，心率数据分析模块收到请求后从SQLite数据库中查询数据，并将其传输至界面显示模块以供用户浏览。

以下是各个模块的具体功能：

数据采集服务模块：搜索蓝牙设备，与Polar H7心率带建立连接，接收心率带传输的原始数据，将原始数据采集完毕后上报给心率数据分析模块；

心率数据分析模块：接收原始数据，进行数据解析，将解析后的心率数据存入SQLite数据库，分析数据的结果推送到界面显示模块；如果出现异常数据，通知界面显示模块进行警示，接收查询历史数据命令，在数据库中查询历史数据，解析完成后推送至界面显示模块；

界面显示模块:以表格和曲线的方式向用户展现心率和心率变异性的数据，向心率数据分析模块提出查询历史数据的申请，以滑动窗口的形式通过表格和曲线显示历史数据；

SQLite数据库模块：存储分析结果，查询相应的历史数据。

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