基于藍(lán)牙和wifi的生理數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)本科畢業(yè)論文

1、 . . . 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）基于Bluetooth和Wi-Fi生理數(shù)據(jù)采集的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)20 / 28畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作與取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得與其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了意。作 者 簽 名：日 期：指導(dǎo)教師簽名： 日期：使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)

2、校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部容。作者簽名： 日 期：學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全

3、了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日注意事項(xiàng)1.設(shè)計(jì)（論文）的容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞5）目次頁(yè)（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻(xiàn)8）致9）附錄（對(duì)論文支持必要時(shí)）2.論文字?jǐn)?shù)

4、要求：理工類(lèi)設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于1萬(wàn)字（不包括圖紙、程序清單等），文科類(lèi)論文正文字?jǐn)?shù)不少于1.2萬(wàn)字。3.附件包括：任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。4.文字、圖表要求：1）文字通順，語(yǔ)言流暢，書(shū)寫(xiě)字跡工整，打印字體與大小符合要求，無(wú)錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫(xiě)2）工程設(shè)計(jì)類(lèi)題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書(shū)寫(xiě)，不準(zhǔn)用徒手畫(huà)3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁(yè)以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無(wú)格子的頁(yè)面上5）軟件工程類(lèi)課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔5.裝訂順序1）設(shè)計(jì)（論文）2）附件：按

5、照任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂基于Bluetooth和Wi-Fi生理數(shù)據(jù)采集的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)摘要 本論文來(lái)源于國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃基于MIF的遠(yuǎn)程空巢老人服務(wù)機(jī)器人研究課題，項(xiàng)目編號(hào)為5。項(xiàng)目旨在于設(shè)計(jì)一個(gè)專門(mén)服務(wù)于空巢老人的移動(dòng)機(jī)器人。該機(jī)器人基于多傳感器信息融合技術(shù)，以移動(dòng)機(jī)器人為平臺(tái)，將智能衛(wèi)生打掃服務(wù)與監(jiān)測(cè)、記錄、整理老人生理指標(biāo)，監(jiān)護(hù)老人生活狀況等功能結(jié)合在一起。項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了幫助空巢老人打掃房間的同時(shí)，利用可穿戴設(shè)備采集老人生理數(shù)據(jù)，并發(fā)送到遠(yuǎn)程子女客戶端，為子女提供老人各項(xiàng)生理指標(biāo)。子女客戶端將監(jiān)測(cè)到的老人生理指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)歸檔，實(shí)現(xiàn)對(duì)老人生理健康的分析、預(yù)測(cè)。與此

6、同時(shí)，利用攝像設(shè)備對(duì)老人生活狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并在異常狀況下自動(dòng)報(bào)警，為老人在家中提供安全保障。該項(xiàng)目在為空巢老人的日常生活提供了方便的同時(shí)也解決了子女身處異地?zé)o法監(jiān)護(hù)老人的難題。本論文主要利用可穿戴設(shè)備采集生理數(shù)據(jù)，并依托移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)將數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程子女客戶端以備統(tǒng)計(jì)歸檔。首先是利用心電采集模塊采集心率數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙主從模塊搭建的無(wú)線串口通路發(fā)送到移動(dòng)機(jī)器人本體上，之后在ARM9處理器對(duì)心率數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理。完成以上步驟后，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)編程將心率數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程子女客戶端。本項(xiàng)目用到的核心技術(shù)包括嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與框架的搭建、設(shè)備驅(qū)動(dòng)分析與移植、藍(lán)牙通信技術(shù)、藍(lán)牙模塊配置和連接、網(wǎng)絡(luò)編

7、程、串口通信技術(shù)等。本論文利用所設(shè)計(jì)的機(jī)器人設(shè)備進(jìn)行實(shí)際實(shí)驗(yàn)。對(duì)藍(lán)牙主從模塊進(jìn)行配對(duì)，在移動(dòng)機(jī)器人處理器上通過(guò)串口通信技術(shù)收集數(shù)據(jù)，在將數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程子女客戶端。系統(tǒng)已能完成其預(yù)定功能。能夠順利的完成藍(lán)牙主從模塊的配對(duì)，通過(guò)串口進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集心電數(shù)據(jù)，利用socket通信技術(shù)將心率數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程客戶端。實(shí)驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果詳見(jiàn)第四章。關(guān)鍵詞藍(lán)牙通信 ARM9處理器 心率數(shù)據(jù) 網(wǎng)絡(luò)編程Bluetooth and Wi-Fi based on Physiological Data collection through Intelligent RobotAuthor：ChangWeijian Tutor：

8、HeLiqiangAbstract This topic is derived from the national college students' innovative project "Remote empty-nesters service robot based on MIF ", the number of which is 5. This project aims to design a special mobile robot to serve the empty-nesters. The robot based on multi-sensor in

9、formation fusion technology takes mobile robot as the platform,makes the intelligent cleaning service and monitoring, recording, sorting out the old mans physiological data, and monitoring the old mans live together. The project not only helps empty-nesters clean the room, but also uses the wearable

10、 device to collect physiological dataand send the data to remote children, which providesthe elders physiological data for children. Children client can record and archive the elders physiological datadetected so as to analyze and predict their health. At the same time,video equipment on the robot c

11、an monitorthe elderlys living conditions in real time, and alarmautomatically if it detects abnormal situations, which provides security for the elderly at home. The project servingfor the empty-nest old men's daily life not only provides convenience but also solves the problem that children in

12、remote cannot take care of their parents.This paper mainly uses the wearable device to collectphysiological data, and sends thedata to the remote children client for statistics and archiving, which is based on the mobile robot platform. First of all, we use ECG data acquisition module to collect the

13、 heart rate, and then send the datato the mobile robot ontology via wireless serial port access constructed by Bluetooth master-slave module, after that,ARM9 processor processes the heart rate data simply. After completing the above steps, heart rate data is sent to the remote childrenclient by the

14、network programming. The coretechnology of this projectincludes design and construction of embedded system, analysis and transplantation of the device driver,Bluetooth communication technology,configuration and connection of Bluetooth module, network programming, A serial port communication technolo

15、gy and so on.This paper made an experiment on the designed robot equipment. We match the Bluetooth master module with the slave one and collect data on mobile robot processor via a serial port communication technology. The system can complete its intended function. And successfully complete pairing

16、Bluetooth master-slave module and collect ECG data through a serial port. Then the system sent heart rate data to the remote client using socket technology. Experiment process and results can be found in chapter 4.Keywords：Bluetoothcommunication,ARM9,Heart rate data,NetworkProgramming目錄第一章緒論11.1論文選題

17、背景11.2國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀11.3論文主要研究容21.4本章小結(jié)2第二章系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)與硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)32.1 系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)32.2硬件選型42.2.1心電模塊的選擇42.2.2藍(lán)牙通信模塊的選擇52.2.3無(wú)線網(wǎng)卡選型52.2.4移動(dòng)機(jī)器人選型62.3 硬件實(shí)現(xiàn)72.3.1藍(lán)牙模塊連接72.3.2無(wú)線網(wǎng)卡連接82.4 本章小結(jié)9第三章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)103.1藍(lán)牙模塊通信設(shè)置103.1.1連接測(cè)試103.1.2設(shè)置藍(lán)牙模塊名稱113.1.3修改波特率113.1.4設(shè)置主從模式123.1.5主從模式配對(duì)143.2 串口通信143.2.1交叉編譯簡(jiǎn)介143.2.2 串口接收數(shù)據(jù)143.3 網(wǎng)絡(luò)編程

18、153.4 本章小結(jié)17第四章測(cè)試實(shí)驗(yàn)與分析184.1 測(cè)試實(shí)驗(yàn)184.2 分析194.3 本章小結(jié)19總結(jié)20致21參考文獻(xiàn)22第一章 緒論1.1論文選題背景近些年，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的提高,越來(lái)越多的年輕人選擇出國(guó)深造，去外地就業(yè)，或是由于其他原因促成了空巢家庭的迅速增多。這使越來(lái)越多的老人孤單獨(dú)處，無(wú)依無(wú)靠。而且我國(guó)已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入人口老齡化迅速發(fā)展的階段。根據(jù)相關(guān)單位調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2011年末，我國(guó)超過(guò)60歲的老人有1.85億，到了2013年人數(shù)會(huì)超過(guò)2億并且還會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)，直到2050年我國(guó)60歲以上老人數(shù)會(huì)達(dá)到最高值4.83億1。因此對(duì)于我國(guó)這樣一個(gè)人口老齡化嚴(yán)重的大國(guó)，老年人的贍養(yǎng)監(jiān)護(hù)工

19、作顯得尤為繁重。于此同時(shí)，老人因?yàn)槟挲g偏大，一個(gè)人做家務(wù)時(shí)多有不便。又由于無(wú)法與時(shí)的與子女溝通，所以倍感孤獨(dú)。這些使他們的身體狀況和心里狀況都存在著一系列的問(wèn)題。并且，由于遠(yuǎn)處子女無(wú)法了解家中老人的身體狀況，當(dāng)老人身體突發(fā)意外時(shí)，子女無(wú)法與時(shí)知曉并采取措施。1.2國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，機(jī)器人的研究技術(shù)越發(fā)走向成熟。世界上有許多公司對(duì)機(jī)器人已有很深入的研究。取得較大成就的當(dāng)屬日本本田公司，該公司在2012年研制成功了一款仿人機(jī)器人，名字叫做ASIMO，該機(jī)器人是到目前為止世界上最先進(jìn)的仿人行走機(jī)器人2。其他一些公司像法國(guó)的Aldebaran Robotics公司、日本的索尼公司等也

20、在機(jī)器人研究方面有較深的研究。Aldebaran Robotics 公司的NAO不僅外形可愛(ài)，而且具有一定的人類(lèi)情感，能夠完成與人的一些簡(jiǎn)單的交流互動(dòng)3。各公司在追求高端的同時(shí)卻忽略了其實(shí)用性，服務(wù)于日常生活的機(jī)器人的種類(lèi)目前還較為單一。在國(guó)，各研究機(jī)構(gòu)對(duì)機(jī)器人的研究也在日益走向成熟。在追求高端的同時(shí)似乎更加注重了實(shí)用性的特點(diǎn)。典型的有服務(wù)于餐廳的服務(wù)員機(jī)器人、刀削面機(jī)器人等。中國(guó)曾經(jīng)研制出能夠進(jìn)行安保的機(jī)器人。這款機(jī)器人具有自行行走和自主避障等一系列功能，并能夠進(jìn)行對(duì)環(huán)境的安保報(bào)警工作。類(lèi)似的機(jī)器人工業(yè)大學(xué)也開(kāi)發(fā)了一個(gè)。該機(jī)器人服務(wù)于家庭中，可對(duì)家中情況進(jìn)行巡視，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有異常變化時(shí)會(huì)通知主人

21、，并啟動(dòng)報(bào)警功能4。目前，國(guó)外設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)服務(wù)于日常生活的機(jī)器人主要有以下幾種，其中包括清潔機(jī)器人、娛樂(lè)機(jī)器人、安防機(jī)器人等。而專為老人服務(wù)的機(jī)器人還沒(méi)有出現(xiàn)在市場(chǎng)上。1.3論文主要研究容根據(jù)研究背景以與國(guó)外現(xiàn)狀，人們更加迫切需要一種專門(mén)服務(wù)于空巢老人的機(jī)器人，在減輕子女負(fù)擔(dān)的同時(shí)，幫助子女了解老人的身體狀況。本論文主要研究機(jī)器人如何采集老人生理數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程子女客戶端。為此本文就以下的幾個(gè)方面容進(jìn)行了研究：(1)心率采集模塊；(2)藍(lán)牙通信模塊；(3)設(shè)備驅(qū)動(dòng)分析與移植；(4)Linux系統(tǒng)下網(wǎng)絡(luò)編程；系統(tǒng)需要完成以下幾方面工作：(1)設(shè)計(jì)藍(lán)牙接口通信電路，將兩個(gè)藍(lán)牙通信模塊分別連接到

22、心率采集模塊和移動(dòng)機(jī)器人本體上(ARM處理器)。完成藍(lán)牙主從模塊配對(duì)連接等工作。(2)搭建交叉編譯環(huán)境，在機(jī)器人本體上(ARM處理器)使用串口通信方式，編寫(xiě)串口通信程序收集心率數(shù)據(jù)并進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理。(3)完成網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)由PC機(jī)到ARM處理器的移植，實(shí)現(xiàn)處理器的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信。將心率數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)編程發(fā)送到遠(yuǎn)程客戶端。1.4本章小結(jié)本章主要說(shuō)明本課題研究背景和國(guó)外現(xiàn)狀，并依據(jù)以上兩點(diǎn)確定立項(xiàng)原因。于此同時(shí)，簡(jiǎn)要說(shuō)明本文研究的容以與將要開(kāi)展的幾方面工作。使讀者了解本文的研究容和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能。第二章 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)與硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2.1 系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)移動(dòng)機(jī)器人日常主要工作是打掃房間，工作區(qū)域十分固定，老人

23、與移動(dòng)機(jī)器人的距離通常保持在一定的圍。與此同時(shí)，手環(huán)與移動(dòng)機(jī)器人是分離的。為此本系統(tǒng)在手環(huán)與移動(dòng)機(jī)器人之間通信設(shè)計(jì)上優(yōu)先選擇近距離無(wú)線通信技術(shù)。近些年，由于通信與信息技術(shù)的日新月異，各種以無(wú)線方式進(jìn)行通信的技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，并且已十分成熟。如今應(yīng)用較為廣泛的近距離無(wú)線通信技術(shù)有藍(lán)牙技術(shù)、Wi-Fi、IrDA技術(shù)、ZigBee技術(shù)等。各種近距離無(wú)線通信技術(shù)都有其自己的特點(diǎn)。有些技術(shù)適合對(duì)功能進(jìn)行擴(kuò)充，而有些因滿足特定應(yīng)用得名，還有傳輸?shù)乃俣?、傳輸距離、功耗等各自的不同。在各種通信技術(shù)中，藍(lán)牙技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各種設(shè)備之間，并且技術(shù)成熟。它的通信圍在10m，并且能夠達(dá)到1Mbps傳輸速率，傳輸效率

24、高，穩(wěn)定性強(qiáng)。所以，本系統(tǒng)選用藍(lán)牙技術(shù)進(jìn)行移動(dòng)機(jī)器人與心電手環(huán)之間的通信。移動(dòng)機(jī)器人需要將老人心率數(shù)據(jù)發(fā)送到子女客戶端，因?yàn)樽优ǔ２辉诩抑?，所以子女客戶端要接收到心率?shù)據(jù)需要網(wǎng)絡(luò)通信。移動(dòng)機(jī)器人日常工作是打掃房間，不能固定在一個(gè)位置，將機(jī)器人與有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接顯然是不合理的。因此，需通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信將心率數(shù)據(jù)發(fā)送到子女客戶端。圖2-1系統(tǒng)總體框圖 Figure 2-1 system overall block 通過(guò)以上分析，可以設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的總體框圖：由圖可知，本系統(tǒng)工作流程可分為兩個(gè)階段，第一階段是心電模塊采集老人心率數(shù)據(jù)。藍(lán)牙從模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到移動(dòng)機(jī)器人藍(lán)牙主模塊上。第二階段是藍(lán)牙主模塊接

25、收心率數(shù)據(jù)，并在移動(dòng)機(jī)器人的ARM9處理器上對(duì)數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單處理。然后將心率數(shù)據(jù)利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到遠(yuǎn)程客戶端5。2.2硬件選型2.2.1心電模塊的選擇由于考慮到心電模塊要穿戴到空巢老人手腕上。所以，心電模塊選型上要在保證心電信號(hào)穩(wěn)定性的前提下適合穿戴。心電模塊選擇了STM32F103C8T6微處理器為核，STM32是ST公司推出的基于ARM-Cortex-M3核的32位單片機(jī)。該單片機(jī)計(jì)算處理數(shù)據(jù)能力比8位和16位單片機(jī)強(qiáng)很多，并且處理代碼效率更高。在功耗方面，該單片機(jī)具有三種模式相互切換，可以使功耗達(dá)到最低。由于心電模塊要安放在可穿戴手環(huán)上，所以對(duì)功耗方面要求盡可能最低。而該單片機(jī)剛好滿足可穿戴設(shè)

26、備對(duì)功耗方面的要求。心電采集模塊選用的是AD8232芯片，該芯片主要用于ECG和一些生物電的測(cè)量。因?yàn)樵撔酒旧砑闪艘恍┫冗M(jìn)設(shè)備，可以自動(dòng)濾去噪聲或是放大微弱的生物電信號(hào)，所以對(duì)其采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性能夠得到一定的保證。與此同時(shí)，該設(shè)計(jì)可以讓單片機(jī)輕松的采集到輸出的信號(hào)，這使得選用的處理器與其更好的配合。完整的心電模塊圖如圖3-1心電模塊圖。圖 2-1 心電模塊圖Figure 2-1 ECG module chart2.2.2藍(lán)牙通信模塊的選擇將心率數(shù)據(jù)以無(wú)線傳輸方式發(fā)送到機(jī)器人本體上的關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙模塊之間的數(shù)據(jù)通信。藍(lán)牙模塊的性能決定了傳輸數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性、傳輸速率、效率與功耗等。藍(lán)牙模塊需要

27、主從模塊兩個(gè)，需要設(shè)置波特率、主從模式等相應(yīng)參數(shù)。設(shè)置完成后，主模塊能夠搜索到從模塊并完成配對(duì)。藍(lán)牙模塊的選擇是十分重要的。本項(xiàng)目選擇BLK-MD-BC04-B藍(lán)牙模塊為主模塊作為其解決方案。該模塊使用的芯片是英國(guó)CSR公司的BlueCore4-Ext。該芯片遵循V2.1+EDR藍(lán)牙規(guī)，支持各種常用接口。該模塊除了具有研發(fā)成本低、體積小巧的特點(diǎn)外，模塊的功耗也很低并且收發(fā)十分靈敏。與此同時(shí)，該模塊采用主從一體式設(shè)計(jì)且支持軟硬件控制主從模式轉(zhuǎn)換，支持連接7個(gè)藍(lán)牙從設(shè)備。利用藍(lán)牙模塊的AT指令集可以方便地對(duì)藍(lán)牙模塊進(jìn)行配置和查詢。選用HM-06模塊作為從模塊。HM系列藍(lán)牙模塊采用CSR Blue

28、Core、TI CC2540芯片，配置256Kb、6-8Mbit的軟件存儲(chǔ)空間，支持AT指令，用戶可根據(jù)需要更改SPP角色（主、從模式）以與串口波特率、設(shè)備名稱、配對(duì)密碼等參數(shù)，使用靈活。該模塊設(shè)計(jì)時(shí)為了滿足于袖珍設(shè)備的使用，封裝盡可能達(dá)到最小， 圖2-2 藍(lán)牙主從模塊圖Figure 2-2 Bluetooth master-slave module只有13.5mm*18.5mm*2.3mm大小，滿足心電手環(huán)對(duì)體積的要求。2.2.3無(wú)線網(wǎng)卡選型為實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接口，本文選用TP-LINK公司的TL-WN823N無(wú)線網(wǎng)卡作為解決方案。該網(wǎng)卡遵循IEEE 802.11b、IEEE 802.11g以與

29、IEEE 802.11n標(biāo)準(zhǔn)，其傳輸速率最高可達(dá)300Mbps（IEEE 802.11n標(biāo)準(zhǔn)下）且體積小巧非常便于安裝。2.2.4移動(dòng)機(jī)器人選型由于移動(dòng)機(jī)器人選型與結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且不是本論文研究重點(diǎn)，所以在此僅對(duì)其作簡(jiǎn)要介紹。圖2-4移動(dòng)機(jī)器人圖Figure 2-4 mobile robot本文采用Friendly ARM公司的micro2440開(kāi)發(fā)板為信息處理模塊的實(shí)現(xiàn)硬件。Micro2440采用核心板+擴(kuò)展底板的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，其核心板其實(shí)是一個(gè)最小系統(tǒng)板，采用六層PCB板設(shè)計(jì)，利用等長(zhǎng)布線的方式滿足信號(hào)的完整性需求，保證了信息處理時(shí)的穩(wěn)定性。采用Samsung S3C2440A為處理核

30、心，默認(rèn)主頻為400MHz，最高可達(dá)到533MHz，能夠滿足機(jī)器人平臺(tái)對(duì)計(jì)算能力的要求。板載64M SDRAM，時(shí)鐘頻率可達(dá)100MHz并擁有1G NAND FLASH用以滿足機(jī)器人平臺(tái)對(duì)存儲(chǔ)空間的需求。此外，核心板還引出56Pin作為GPIO接口并提50PinLCD/CAMERA接口與56Pin的系統(tǒng)總線接口，為我們對(duì)外進(jìn)行擴(kuò)展提供了充足的空間5。圖2-3 micro2440開(kāi)發(fā)板圖Figure 2-3 micro2440 development board 2.3 硬件實(shí)現(xiàn)2.3.1藍(lán)牙模塊連接 圖2-5藍(lán)牙模塊連接圖Figure 2-5 Bluetooth

31、module connection 藍(lán)牙主模塊用于接收從模塊發(fā)送的數(shù)據(jù),連接在micro2440開(kāi)發(fā)板的串口3上,該串口輸出TTL信號(hào)。藍(lán)牙模塊有VCC、RXD、TXD、GND、SET、3V六個(gè)引腳。VCC為電源引腳，工作電壓為5V。RXD與TXD分別為接收數(shù)據(jù)和傳送數(shù)據(jù)引腳。GND為地線引腳。SET可作為硬件主從設(shè)置口，SET引腳接3.3V電壓時(shí)模塊為主模塊，懸空或接GND模塊為從模塊。將開(kāi)發(fā)板VCC RXD TXD GND與藍(lán)牙模塊的VCC、TXD、RXD、GND引腳對(duì)應(yīng)連接，注意輸入輸出需要反接。具體連線方式如圖2-5藍(lán)牙模塊連接圖。2.3.2無(wú)線網(wǎng)卡連接由于S3C2440上已經(jīng)安裝了操

32、作系統(tǒng)，這為我們使用TL-WN823N提供了便利，但TP-LINK公司并沒(méi)有提供該款網(wǎng)卡在Linux系統(tǒng)下的驅(qū)動(dòng)程序，要想順利使用該網(wǎng)卡必須首先解決驅(qū)動(dòng)問(wèn)題。圖2-6網(wǎng)卡圖Figure 2-6 wireless adapter下面對(duì)其驅(qū)動(dòng)移植過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明，首先掛載該網(wǎng)卡，利用系統(tǒng)返回信息查看其USB ID：0bda 8178ID，搜索該ID對(duì)應(yīng)的芯片組：REALTEK公司的RTL8192CU芯片，下載該型號(hào)的芯片驅(qū)動(dòng)對(duì)其程序進(jìn)行修改使其適應(yīng)本操作系統(tǒng)，修改其Make file文件并指定目標(biāo)系統(tǒng)的硬件構(gòu)架、系統(tǒng)核、編譯工具鏈等6。由于驅(qū)動(dòng)的編譯需要交叉編譯工具鏈和經(jīng)過(guò)編譯的目標(biāo)板操作系統(tǒng)的源

33、碼，所以我們要構(gòu)建這兩方面的編譯環(huán)境，這部分工作繁瑣復(fù)雜又不在本文的重點(diǎn)討論圍因而具體步驟不再贅述。本文最終構(gòu)建的交叉編譯工具鏈版本為4.3.2，移植、剪裁、編譯的目標(biāo)板操作系統(tǒng)核版本為2.6.32.2，在以上工作全部完成后，對(duì)網(wǎng)卡芯片的驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行編譯，最終獲得驅(qū)動(dòng)文件，加載驅(qū)動(dòng)文件，驅(qū)動(dòng)無(wú)線網(wǎng)卡正常工作同時(shí)禁用板載有線網(wǎng)卡避免沖突，再經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的配置，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接口搭建完成。2.4 本章小結(jié)本章主要講述本系統(tǒng)旨在服務(wù)于空巢老人這一目的，并以此對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)需要使用的主要技術(shù)選擇上進(jìn)行了分析；對(duì)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想進(jìn)行了描述，并根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的總體框圖，為后續(xù)詳細(xì)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。依據(jù)系統(tǒng)總體設(shè)

34、計(jì)思想，根系統(tǒng)性能以與適應(yīng)性綜合考慮對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行了選型。并且從硬件方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)，完成了硬件系統(tǒng)的搭建工作，為系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn)打下良好的基礎(chǔ)。第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3.1藍(lán)牙模塊通信設(shè)置3.1.1連接測(cè)試圖3-1串口通信確認(rèn)圖Figure 3-1 serial communication confirm藍(lán)牙通信模塊連接好以后可以通過(guò)發(fā)送AT指令測(cè)試模塊是否連接正確，能否正常通信，以與設(shè)置主從模塊、波特率、以與查詢模塊名稱等?？梢酝ㄟ^(guò)PC機(jī)串口和BC04-B藍(lán)牙模塊進(jìn)行通信。串口缺省波特率為9600bps。打開(kāi)串口調(diào)試助手，選擇相應(yīng)的串口號(hào)，設(shè)置波特率為9600bps，校驗(yàn)位為無(wú)校

35、驗(yàn)位，停止位為1位。用杜邦線將模塊與PC機(jī)串口對(duì)應(yīng)連接，串口調(diào)試助手接收緩沖區(qū)沒(méi)有任何反應(yīng)，此時(shí)在將RXD與TXD引腳反接，連接正確，串口將會(huì)收到一串信息，SLAVE表示模塊當(dāng)前處于從模塊。如圖3-1串口通信確認(rèn)圖。確認(rèn)正常工作狀態(tài)后，此時(shí)在對(duì)話框輸入AT指令，并敲擊回車(chē)換行鍵，確定光標(biāo)在下一行，點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)會(huì)返回OK值。3.1.2設(shè)置藍(lán)牙模塊名稱圖3-2設(shè)置藍(lán)牙名稱圖Figure 3-2 set Bluetooth name在發(fā)送緩沖區(qū)輸入“AT+NAME”，點(diǎn)擊發(fā)送數(shù)據(jù)，接收緩沖區(qū)顯示“+NAME=BOLUTEK”也可發(fā)送“AT+NAME<Paral>”,<Paral>

36、;為修改的名稱。返回“OK”表示修改成功。具體查詢修改的實(shí)現(xiàn)如圖3-2圖。3.1.3修改波特率輸入“AT+BAUD8”，點(diǎn)擊發(fā)送數(shù)據(jù)，8對(duì)應(yīng)波特率值為115200bps。關(guān)于波特率為何設(shè)置為115200bps將在后文為讀者介紹。返回“+BAUD=8 OK”表示設(shè)置成功，設(shè)置成功后重新進(jìn)行與的串口連接，將波特率調(diào)至115200bps，校驗(yàn)位、停止位等設(shè)置保持不變。連接成功，串口將會(huì)收到一串信息，輸入“AT”，返回“OK”值。設(shè)置成功后如圖3-3 波特率設(shè)置圖。圖3-3波特率設(shè)置圖Figure 3-3 baud rate set figure3.1.4設(shè)置主從模式BLK-MD-BC04-B藍(lán)牙模塊

37、采用主從一體式設(shè)計(jì)且支持軟硬件控制主從模式轉(zhuǎn)換，現(xiàn)需要通過(guò)AT指令將其設(shè)置為主模式。輸入“AT+ROLE”查詢當(dāng)前模式，返回“ROLE=0”表示當(dāng)前模式為從模式，也可根據(jù)模塊上LED等閃爍方式確定藍(lán)牙模塊狀態(tài)，LED燈均勻慢速閃爍表示當(dāng)前模式為從模式。LED燈閃爍方式對(duì)應(yīng)于藍(lán)牙模塊相應(yīng)的狀態(tài)與模式見(jiàn)表9.1 狀態(tài)對(duì)應(yīng)表 。將其設(shè)置為主模式，在發(fā)送緩沖區(qū)輸入“AT+ROLE1”，點(diǎn)擊發(fā)送數(shù)據(jù)，返回“+ROLE1 OK”表示設(shè)置成功。設(shè)置如圖3-4圖。此時(shí)，通過(guò)模塊的LED燈也可直觀的看到主模式以設(shè)置成功，模塊LED均勻快速閃爍。圖3-4設(shè)置主模式圖Figure 3-4 set the main

38、pattern藍(lán)牙模塊設(shè)置成功后，主從模塊LED燈長(zhǎng)亮，見(jiàn)圖3-5連接成功圖。主模塊能夠主動(dòng)搜索并發(fā)起連接，但是不能被其他藍(lán)牙設(shè)備搜索到；從設(shè)備只能被搜索到，只能被動(dòng)連接而不能主動(dòng)搜索。圖3-5連接成功圖Figure 3-5 successful connection3.1.5主從模式配對(duì)以上步驟為對(duì)藍(lán)牙模塊設(shè)置步驟。設(shè)置結(jié)束后便可將模塊重新連接到相應(yīng)的位置。重新打開(kāi)開(kāi)關(guān)，主設(shè)備自動(dòng)搜索從設(shè)備并建立連接，藍(lán)牙透?jìng)髂K為心電手環(huán)與移動(dòng)機(jī)器人搭建起了無(wú)線傳輸通道，傳輸通過(guò)無(wú)線串口進(jìn)行。3.2 串口通信3.2.1交叉編譯簡(jiǎn)介交叉編譯部分知識(shí)不在本論文詳細(xì)研究的圍，所以在此只對(duì)其做一些簡(jiǎn)要介紹。mic

39、ro2440開(kāi)發(fā)板上帶有Linux系統(tǒng)，不能像在PC機(jī)上一樣運(yùn)行編寫(xiě)的程序，需要建立交叉編譯工具鏈。本文選擇在虛擬機(jī)上機(jī)上安裝Fedora9.0系統(tǒng)作為其解決方案。具體安裝過(guò)程不在詳述。Fedora9.0安裝完成后，在其中安裝交叉編譯器arm-linux-gcc-4.3.2。交叉編譯器安裝成功后，用該編譯器對(duì)程序進(jìn)行編譯，生成可執(zhí)行文件，該文件便可以在帶有Linux系統(tǒng)下的micro2440開(kāi)發(fā)板上執(zhí)行。3.2.2串口接收數(shù)據(jù)藍(lán)牙主從模塊配對(duì)連接后，形成無(wú)線串口通路，下面介紹串口接收心電數(shù)據(jù)具體實(shí)現(xiàn)方式與實(shí)現(xiàn)代碼。首先定義char類(lèi)型指針rbuf用于接收由串口發(fā)送過(guò)來(lái)的心率數(shù)據(jù)。然后打開(kāi)串口，

40、程序如下：int open_serial()fd = open("/dev/ttySAC3",O_RDWR|O_NOCTTY);perror ("open /dev/ttySAC3"); if( fd = -1) return -1;elsereturn 0;設(shè)置串口波特率為115200bps，波特率是串口通信時(shí)的速率。心電手環(huán)實(shí)時(shí)采集使用者的心率數(shù)據(jù)，將波特率設(shè)置為115200bps是為了保證傳輸數(shù)據(jù)能夠與時(shí)傳到移動(dòng)機(jī)器人本體上。雖然相對(duì)低波特率功耗較大，考慮到系統(tǒng)屬于醫(yī)療設(shè)備，為了保證系統(tǒng)的高效工作。設(shè)置波特率代碼如下：Cfsetispeed (&a

41、mp;opt,B115200); Cfsetospeed (&opt,B115200);在main函數(shù)中調(diào)用open_serial()函數(shù)打開(kāi)串口3，定義int類(lèi)型變量retv用于保存串口read()函數(shù)的返回值。read()函數(shù)是讀取串口接收到的數(shù)據(jù)函數(shù)，包含3個(gè)參數(shù)。第一個(gè)參數(shù)為驗(yàn)證串口是否已經(jīng)打開(kāi)，當(dāng)fd的值為1時(shí)表示已經(jīng)打開(kāi)了。第二個(gè)參數(shù)是char類(lèi)型指針，用于存放接收到的數(shù)據(jù)。第三個(gè)參數(shù)通常設(shè)置為1。rbuf= btd;re=read(fd,rbuf,1);if(re=-1)perror("read"); 串口接收數(shù)據(jù)保存到char類(lèi)型數(shù)組btd中，每次接

42、收8位數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)類(lèi)型為兩個(gè)十六進(jìn)制。心電數(shù)據(jù)格式為每幀有十個(gè)十六進(jìn)制數(shù)據(jù)，其中幀頭為EE，幀尾為FF，中間剩余六個(gè)十六進(jìn)制數(shù)。這些是心率數(shù)據(jù)的有效值。接收到數(shù)據(jù)后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單處理，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)編程發(fā)送到遠(yuǎn)程客戶端，客戶端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選和判斷，正確識(shí)別使用者的健康狀態(tài)。同時(shí)，對(duì)使用者的基本健康狀況進(jìn)行收集和建檔，產(chǎn)生一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的健康監(jiān)控檔案，為使用者提供長(zhǎng)期有效的健康指導(dǎo)，也為日后的醫(yī)療就診提供幫助。3.3 網(wǎng)絡(luò)編程移動(dòng)機(jī)器人上arm處理器通過(guò)串口接收到心率數(shù)據(jù)，需要通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到子女客戶端。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)以與設(shè)置方式已在上一章介紹完成，下面容將詳細(xì)討論通過(guò)socket通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸

43、。ARM處理器相當(dāng)于服務(wù)器端，下面詳細(xì)講解服務(wù)器端如何通過(guò)socket通信向遠(yuǎn)程客戶端發(fā)送心率數(shù)據(jù)。第一步：初始化Socket。代碼如下：if( (socket_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0) = -1 ) printf("create socket error: %s(errno: %d)n",strerror(errno),errno); exit(0); Socket函數(shù)原型為int socket(int domain, int type, int protocol);它創(chuàng)建一個(gè)socket描述符，唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)socket。函

44、數(shù)有三個(gè)參數(shù)。第一個(gè)參數(shù)表示協(xié)議族，其決定了socket的地址類(lèi)型，AF_INET表示使用ipv4協(xié)議地址與端口號(hào)的組合。Type指定socket通信的類(lèi)型。第三個(gè)參數(shù)是用來(lái)指定協(xié)議的，當(dāng)把protocol設(shè)定為0時(shí)，函數(shù)將自動(dòng)匹配通信類(lèi)型所對(duì)應(yīng)的通信協(xié)議。第二步：設(shè)置IP和端口。服務(wù)器端自動(dòng)獲取到IP地址。代碼如下：memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr); servaddr.sin_family = AF_INET; servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);servaddr.sin_port = h

45、tons(DEFAULT_PORT);第三步：將具體的本地地址與socket進(jìn)行綁定。代碼如下：if( bind(socket_fd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr) = -1) printf("bind socket error: %s(errno: %d)n",strerror(errno),errno); exit(0); Bind函數(shù)原型為int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);本系統(tǒng)中代碼完成的是將本

46、地地址與端口號(hào)的組合賦給socket。Bind函數(shù)有三個(gè)參數(shù)。第一個(gè)參數(shù)是通過(guò)socket函數(shù)創(chuàng)建的唯標(biāo)識(shí)符，本代碼中為socket_fd。Bind函數(shù)為socket_fd綁定一個(gè)名字。第二個(gè)參數(shù)是協(xié)議地址結(jié)構(gòu)的指針。第三個(gè)參數(shù)是地址的長(zhǎng)度。第四步：監(jiān)聽(tīng)是否有客戶端連接。代碼如下：if( listen(socket_fd, 10) = -1) printf("listen socket error: %s(errno: %d)n",strerror(errno),errno); exit(0);Listen函數(shù)用來(lái)監(jiān)聽(tīng)是否有客戶端發(fā)起了連接，當(dāng)有客戶端通過(guò)connect函數(shù)

47、發(fā)起連接時(shí)，服務(wù)器就回接到這個(gè)請(qǐng)求。Listen函數(shù)原型為int listen(int sockfd, int backlog);該函數(shù)共有兩個(gè)參數(shù)。函數(shù)返回一個(gè)Int型數(shù)據(jù)，返回值為1表示是已經(jīng)立連接。第一個(gè)參數(shù)表示函數(shù)要監(jiān)聽(tīng)的是哪一個(gè)socket。第二個(gè)參數(shù)是設(shè)置有多少個(gè)socket可以排隊(duì)連接。本代碼中將其設(shè)為10個(gè)。Connect函數(shù)用于客戶端像服務(wù)器發(fā)起連接的，其原型為int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);第五步：接收連接請(qǐng)求。代碼如下： if( (connect_fd = ac

48、cept(socket_fd, (struct sockaddr*)NULL, NULL) = -1) printf("accept socket error: %s(errno: %d)",strerror(errno),errno); continue; Accept函數(shù)用于接收客戶端所發(fā)送的請(qǐng)求，本代碼中將返回?cái)?shù)據(jù)保存到connect_fd中。利用accept函數(shù)建立連接后便可以進(jìn)行通信。Accept函數(shù)原型為int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);有三個(gè)參數(shù)。第一個(gè)參數(shù)表示服

49、務(wù)器的socket，第二個(gè)參數(shù)表示為返回給客戶端的協(xié)議地址，而第三個(gè)參數(shù)表示協(xié)議地址的長(zhǎng)度。Accept函數(shù)返回一個(gè)int類(lèi)型的數(shù)據(jù)，表示建立連接后與之連接的客戶端之間的連接。當(dāng)本次通信結(jié)束了，connect_fd也會(huì)結(jié)束。第六步：發(fā)送之前通過(guò)串口接收到的由心電模塊傳過(guò)來(lái)的心率數(shù)據(jù)。代碼如下：send(connect_fd, sd, i, 0);Send函數(shù)用于將藍(lán)牙接收到的心率數(shù)據(jù)發(fā)送到客戶端，send函數(shù)有四個(gè)參數(shù)，第一個(gè)參數(shù)表示建立連接的socket；第二個(gè)參數(shù)是char類(lèi)型指針，用于存放發(fā)送的字符；i表示要發(fā)送字符有i個(gè)；第四個(gè)參數(shù)一般設(shè)置為0。第七部：關(guān)閉socket連接代碼如下：c

50、lose(fd);關(guān)閉socket連接后將結(jié)束本次的socket通信。3.4 本章小結(jié)本章主要研究介紹系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。藍(lán)牙串口模塊通過(guò)AT指令建立連接通路，設(shè)置主從模式、模塊名稱、傳輸波特率等，并且完成主從模塊的正確配對(duì)連接。本章簡(jiǎn)要介紹了交叉編譯工具鏈的建立，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)串口將藍(lán)牙從模塊傳輸?shù)男穆蕯?shù)據(jù)采集到移動(dòng)機(jī)器人本體處理器上。于此同時(shí)，介紹了socket通信的原理，簡(jiǎn)要的對(duì)socket中各函數(shù)進(jìn)行了介紹，并且按照socket通信的步驟逐一分析，實(shí)現(xiàn)將心率數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程客戶端。第四章 測(cè)試實(shí)驗(yàn)與分析4.1 測(cè)試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)整體實(shí)現(xiàn)后，需要對(duì)系統(tǒng)的功能、傳輸速度等進(jìn)行測(cè)試。以便在后續(xù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行

51、改進(jìn)。因?yàn)樾碾姕y(cè)試模塊是購(gòu)買(mǎi)已成型設(shè)備，心電采集模塊AD8232芯片穩(wěn)定性極佳，但是對(duì)于其部精確度等的調(diào)節(jié)工作目前還無(wú)法完成。下面主要進(jìn)行對(duì)藍(lán)牙模塊采集數(shù)據(jù)功能以與通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信將心率數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程客戶端進(jìn)行測(cè)試實(shí)驗(yàn)。圖4-1數(shù)據(jù)接收?qǐng)DFigure 4-1 data reception(1)將藍(lán)牙主模塊接到PC機(jī)串口上，利用串口調(diào)試助手接收心率數(shù)據(jù)。心電數(shù)據(jù)格式為每幀有十個(gè)十六進(jìn)制數(shù)據(jù)，其中幀頭形式為EE，幀尾形式為FF，中間六位為心率數(shù)據(jù)。串口每次接收八位數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)類(lèi)型為兩個(gè)十六進(jìn)制。接收到的數(shù)據(jù)如圖5-1圖?？梢钥吹綌?shù)據(jù)滿足預(yù)先的分析結(jié)果，系統(tǒng)能夠順利采集到心率數(shù)據(jù)。 (2)對(duì)ARM處理器中程序進(jìn)行測(cè)試。運(yùn)行程序，ARM