基于Android健康服務(wù)終端藍牙傳輸軟件的設(shè)計

李黎國，張 輝，程 號

(西安電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院，陜西 西安 710071)

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷推動，計算機、無線通信、消費類電子呈現(xiàn)快速發(fā)展。體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的熱點健康監(jiān)護領(lǐng)域，各種傳感器及無線的應(yīng)用，更能體現(xiàn)出物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢［1］。作為當(dāng)今市場支持范圍最廣泛、功能最豐富且安全的藍牙技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。首先，藍牙技術(shù)包含了傳感器技術(shù)、識別技術(shù)、移動通信技術(shù)等，這些技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)密切相關(guān)。其次，藍牙的低功耗被看作消費電子產(chǎn)品、體育、健康護理、汽車、自動化等領(lǐng)域一大技術(shù)突破，也是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要組成部分。尤其是藍牙4.0標準擁有著低耗能、傳輸范圍更大、支持拓撲結(jié)構(gòu)等特性。藍牙技術(shù)的不斷進步將為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供動力。而Android操作系統(tǒng)在兩年多的時間里，飛速發(fā)展，成功超越了塞班、IOS、微軟等操作系統(tǒng)，足以證明其發(fā)展?jié)摿癘S未來的發(fā)展趨勢。尤其是Android的開放性，大大降低了產(chǎn)品的成本，3.0版本及4.0版本對于平板電腦的支持，這足以使得Android在OS市場占有不敗之地。本文結(jié)合兩者的優(yōu)勢，詳細分析了藍牙技術(shù)和Android操作系統(tǒng)，并研究了在Android下如何對藍牙進行應(yīng)用，最后設(shè)計出一款基于Android健康服務(wù)終端的藍牙傳輸軟件。

1 藍牙技術(shù)

藍牙技術(shù)聯(lián)盟(Bluetooth SIG)成立于1998年，是由愛立信、英特爾、聯(lián)想、微軟、摩托羅拉、諾基亞及東芝等公司發(fā)起成立?？偛吭O(shè)在美國柯克蘭州，從建立之初到現(xiàn)在共有13528個全球成員，這些成員之間進行廣泛的合作，為藍牙技術(shù)的發(fā)展提供指導(dǎo)意見，推動藍牙的發(fā)展。同時在香港、北京、臺北和日本東京、韓國首爾和瑞典的馬爾摩都有辦事機構(gòu)。

藍牙無線通信技術(shù)工作在工業(yè)、科學(xué)以及醫(yī)學(xué)上公用的2.4 GHz ISM公用頻段，這一頻段全球通用且無需授權(quán)。藍牙系統(tǒng)［2］采用全雙工分時傳輸信息技術(shù)，信息以分組結(jié)構(gòu)的方式進行數(shù)據(jù)交換。在傳輸過程中，各信息分組用不同的跳頻算法實現(xiàn)信息傳輸?！疤l”技術(shù)是把頻帶分成若干個跳頻信道，在一次連接中，無線電收發(fā)器按一定的碼序列不斷地從一個信道“跳”到另一個信道，只有收發(fā)雙方按這個規(guī)律進行通信，而其他的干擾不可能按同樣的規(guī)律進行干擾;跳頻的瞬時帶寬很窄，這就使得來自同樣工作在2.4 GHz ISM頻段的家用電器，如微波爐等帶來干擾的可能性變得很小。與其他工作在相同頻段的無線系統(tǒng)相比，藍牙跳頻每秒可以達到1600次，速度更快，而且數(shù)據(jù)包更短，從而使藍牙比其他系統(tǒng)更穩(wěn)定。此外，藍牙通信還具有以下優(yōu)點:(1)消耗功率極低。(2)輻射小，對人體安全影響不大。(3)成本低廉，容易實現(xiàn)。

目前，藍牙技術(shù)已經(jīng)得到普遍的應(yīng)用，全球大約80%以上的手機使用了藍牙技術(shù)。藍牙技術(shù)的普及為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供了一種技術(shù)選擇，具有極大的發(fā)展空間。

2 Android操作系統(tǒng)

Android是專為移動終端打造的開放、完整的移動平臺，它是一款基于Linux內(nèi)核的開源操作系統(tǒng)，由操作系統(tǒng)、中間件、用戶界面和應(yīng)用程序組成。由Google及其開放手機聯(lián)盟共同研發(fā)，并在2008年9月份推出了Android第一版。

Android操作系統(tǒng)架構(gòu)［3］從下到上有5部分組成:Linux內(nèi)核、Android Runtime、庫、應(yīng)用程序框架、應(yīng)用程序。Android系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 Android系統(tǒng)架構(gòu)

Linux內(nèi)核(Linux Kernel)。Android基于 Linux 2.6提供核心系統(tǒng)服務(wù)，這是Android平臺開放的基礎(chǔ)，它提供了例如安全機制、內(nèi)存管理、進程管理、網(wǎng)絡(luò)堆棧、驅(qū)動模型等內(nèi)容。Linux Kernel也作為硬件和軟件之間的抽象層，它隱藏具體硬件細節(jié)而為上層提供統(tǒng)一的服務(wù)，使得應(yīng)用開發(fā)人員無需關(guān)心硬件細節(jié)。

Android Runtime。Android包含一個核心庫的集合，提供大部分在Java編程語言核心類庫中可用的功能。每一個Android應(yīng)用程序是Dalvik虛擬機中的實例，運行在他們自己的進程中。Dalvik被設(shè)計成在一個設(shè)備可以高效地運行多個虛擬機。Dalvik VM虛擬機可執(zhí)行文件格式是.dex，dex格式是專為Dalvik設(shè)計的一種壓縮格式，適合內(nèi)存和處理器速度有限的系統(tǒng)。

Libraries。Android包含一個C/C++庫的集合，這些庫供Android系統(tǒng)的不同組件使用。這些功能通過Android的應(yīng)用程序框架(Application Framework)暴露給開發(fā)者

Application Framework。通過提供開放的開發(fā)平臺，Android使開發(fā)者能夠編制極其豐富和新穎的應(yīng)用程序。開發(fā)者可以自由地利用設(shè)備硬件優(yōu)勢、訪問位置信息、運行后臺服務(wù)、設(shè)置鬧鐘、向狀態(tài)欄添加通知等等，很多很多。

應(yīng)用層(Applications)。Android裝配一個核心應(yīng)用程序集合，包括電子郵件客戶端、SMS程序、日歷、地圖、瀏覽器、聯(lián)系人和其他設(shè)置。所有應(yīng)用程序都是用Java編程語言寫的。

Android作為第一款完整的、開放的、免費的平臺，在僅僅兩年多的時間，從最初的1.0版本到現(xiàn)在主流的2.3版本，以至剛剛發(fā)布的4.0版本，每個版本的發(fā)布對于Google來說都是一個質(zhì)的飛躍，根據(jù)市研機構(gòu)Gartner在2011年第二季度的OS份額調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，Android市場占有率達43.4%，成為最大的智能手機系統(tǒng)，隨著Android手機的普及，Android應(yīng)用的需求必定會越來越大，這將是一個有著巨大潛力的市場。

3 Android操作系統(tǒng)下藍牙的研究

Android平臺支持藍牙協(xié)議棧［4］，因此支持在兩個藍牙設(shè)備之間進行數(shù)據(jù)的傳輸。Android應(yīng)用框架層提供了允許藍牙進行連接的API，通過這些API可以實現(xiàn)通過藍牙的應(yīng)用程序是無線連接，建立端到端的連接模式。使用藍牙API，可以實現(xiàn)應(yīng)用的如下功能:

(1)尋找其他藍牙設(shè)備。

(2)查詢與本地藍牙適配器配對的設(shè)備。

(3)建立RFCOMM信道。

(4)在兩個不同的藍牙設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)。

(5)管理多個藍牙連接。

下面詳細介紹幾個重要的API:

BluetoothAdapter:代表本地的藍牙適配器，是所有藍牙交互的的入口點。利用它可以發(fā)現(xiàn)其他藍牙設(shè)備，查詢已經(jīng)綁定的設(shè)備，使用已知的MAC地址實例化一個藍牙設(shè)備和建立一個BluetoothServerSocket來監(jiān)聽來自其他設(shè)備的連接。

BluetoothDevice類:代表遠端的藍牙設(shè)備，使用它請求遠端藍牙設(shè)備連接或獲取遠端藍牙設(shè)備的名稱、地址、種類和綁定狀態(tài)。

Bluetoothsocket類:代表藍牙套接字的接口，它是應(yīng)用程序通過輸入、輸出流與其他藍牙設(shè)備通信的連接點。

Blueboothserversocket類:代表打開服務(wù)連接來監(jiān)聽可能到來的連接請求，為連接兩個藍牙設(shè)備必須有一個設(shè)備作為服務(wù)器打開一個服務(wù)套接字。當(dāng)遠端設(shè)備發(fā)起連接請求，并且已經(jīng)連接到了的時候，Blueboothserversocket類將會返回一個bluetoothsocket。

Bluetoothclass類:描述了藍牙設(shè)備的一般特點和能力。它的只讀屬性集定義了設(shè)備的主、從設(shè)備類和一些相關(guān)服務(wù)。

4 藍牙傳輸軟件的實現(xiàn)

4.1 軟件功能描述

藍牙傳輸軟件主要實現(xiàn)對各個模塊的管理，模塊數(shù)據(jù)的接收、分析、存儲、發(fā)送及復(fù)雜的人機交互等任務(wù)。為能夠合理分配硬件資源、提供更人性化的界面以及使用通用的硬件設(shè)備，在軟件設(shè)計時，健康服務(wù)終端采用Android操作系統(tǒng)為用戶界面。

4.2 圖形用戶界面設(shè)計

程序界面主要包括3個與用戶進行交互的Activity:(1)模塊顯示。(2)血氧歷史記錄。(3)血壓歷史記錄。

為減少應(yīng)用所需的內(nèi)存量，項目沒有添加任何圖片及聲效。界面簡單直觀，便于操作。首先將各模塊列表作為應(yīng)用程序的主界面。程序運行的最開始加載此項。

當(dāng)應(yīng)用程序啟動后，第一個顯示出各個模塊的列表和當(dāng)前測試數(shù)據(jù)。界面設(shè)計通過XML的資源文件進行定義。

歷史記錄模塊采用了專為Android系統(tǒng)設(shè)計的圖形庫AChartEngine［5］，可以用于繪制多種圖表。

歷史記錄的顯示主要通過不同的線條顏色，點的形狀來區(qū)分顯示的不同內(nèi)容。

4.3 軟件功能設(shè)計

軟件功能設(shè)計包括藍牙管理，連接建立，數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)處理。

藍牙部分設(shè)計

在Android操作系統(tǒng)下，提供了對藍牙管理的API，藍牙開發(fā)流程如圖2所示。首先要判斷設(shè)備是否支持藍牙，并且保證藍牙可用。

mBluetoothAdapter=BluetoothAdapter.getDefault-Adapter();

如果藍牙可用，則mBluetoothAdapter不為空，然后判斷藍牙是否打開，若未打開，則提示用戶打開藍牙。

到此，藍牙設(shè)備已經(jīng)打開。

在Android應(yīng)用程序開發(fā)中，若要建立兩個藍牙設(shè)備的連接，必須實現(xiàn)客戶端和服務(wù)器端代碼。一個用來開啟服務(wù)監(jiān)聽，一個發(fā)送連接請求。當(dāng)它們都擁有一個藍牙套接字在同一RFECOMM信道上時，說明它們之間已經(jīng)建立好連接。服務(wù)器端采用accept()方法來建立連接。由于accept()方法是一種阻塞調(diào)用，因此不應(yīng)該放在主Acitvity里，要新建一個線程來管理。

圖2 藍牙開發(fā)流程

而客戶端則采用connect()方法來建立連接。同樣也是一種阻塞調(diào)用，同樣需要新建一個線程來管理。

當(dāng)設(shè)備連接上以后，每個設(shè)備都擁有各自的Bluetoothsocket?，F(xiàn)在就可以實現(xiàn)設(shè)備之間數(shù)據(jù)共享了。同樣讀取和寫操作都是阻塞調(diào)用，需要建立一個專用的線程來管理。

在兩個Activity之間，可以用Handler傳遞信息，使用getInputStream()獲得由傳感器傳來的數(shù)據(jù)并顯示在主界面中。

4.4 藍牙傳輸軟件的運行與測試

由于藍牙不能在虛擬機中測試，所以將程序打包后，安裝到支持藍牙的Android手機中，然后點擊血壓按鈕，將與血壓模塊建立連接，同時實時顯示當(dāng)前血壓值。點擊歷史記錄按鈕，則會顯示一周內(nèi)測試結(jié)果，并以圖片形式顯示出來。程序運行結(jié)果如圖3和圖4所示。

圖3 主界面

5 結(jié)束語

圖4 歷史記錄界面

Android在OS市場份額的不斷增加，足以體現(xiàn)出Android的優(yōu)勢，而藍牙4.0版本低功耗技術(shù)更適合于遠程控制、醫(yī)療保健及運動感應(yīng)器等新興市場。文中結(jié)合兩者的優(yōu)勢，設(shè)計出一款基于android的藍牙傳輸軟件，主要應(yīng)用于健康服務(wù)領(lǐng)域，在實際生活中具有很強的應(yīng)用性。論文介紹了軟件的初步設(shè)計，還有很多功能需要完善，比如界面的美化，更方便快捷地管理藍牙設(shè)計，數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性及準確性等，這些將是以后研究的重點。

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