基于J2ME的脈搏波測量系統(tǒng)設(shè)計

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
整體系統(tǒng)軟件設(shè)計包括單片機(jī)端的輸入信號采樣濾波和藍(lán)牙程序、手機(jī)端的J2ME藍(lán)牙客戶端程序設(shè)計兩大部分。
3．1 單片機(jī)端濾波設(shè)計
由于人體呼吸、電極移動會產(chǎn)生脈搏信號中的基線漂移干擾，頻率較低，一般在0．7 Hz以下，屬于低頻干擾，為了獲取較好的效果必須盡量消除其影響。人體脈搏波信號為準(zhǔn)周期的時間序列，在不同周期的同一相位，其脈搏波的幅值近似不變。如果局部脈搏波在某一時刻發(fā)生突變，則這一時刻其幅度必不等于其臨近脈搏波同一相位幅度，根據(jù)這一思路，中值濾波的方法處理效果比較好。中值濾波法能有效克服因偶然因素引起的波動干擾，對溫度、液位變化緩慢的被測參數(shù)有良好的濾波效果，因此首先采用中值濾波法盡量消除突發(fā)擾動。其基本方法是連續(xù)采樣N次(N取奇數(shù))，把N次采樣值按大小排列然后取中間值為本次有效值。
移動平均濾波對快速周期性運(yùn)動干擾有較強(qiáng)的抵御能力，是對模擬濾波補(bǔ)充的低通濾波器，用于實(shí)時檢測，只要采樣率足夠高，就能得翻較為理想的測量結(jié)果。因此系統(tǒng)在中值濾波后再加一級移動平均濾波對數(shù)據(jù)進(jìn)行二次濾波。
具體算法是：
y(i)=c1y(k)+c2y(k-1)+…+ciy(k-m+1) (1)
式中，y(k)表示第k次采樣時刻的濾波輸出，各y(i)表示第i次采樣時刻的信號輸入，括號中的數(shù)字i代表第i次采樣時刻，c1、c2、…、cm是加權(quán)系數(shù)。
上式意義是將本次輸入數(shù)據(jù)連同以前共m次的數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)平均。如果各ci值相同且等于1／m時，就成為m項算術(shù)平均運(yùn)算。
3．2 藍(lán)牙設(shè)計
藍(lán)牙協(xié)議棧提供了一組高層協(xié)議和API以完成發(fā)現(xiàn)服務(wù)和模擬串行I／O，還有一個關(guān)于包分割和重組的低層協(xié)議以及多路技術(shù)協(xié)議和質(zhì)量服務(wù)。藍(lán)牙協(xié)議棧如圖4所示。

應(yīng)用層(Application)：這一層運(yùn)行的是藍(lán)牙通信的J2ME通信程序，通過調(diào)用藍(lán)牙無線層的API，就可以直接書寫相應(yīng)的通信功能的程序。
藍(lán)牙無線層(JSR-082)：所有開發(fā)的API均在該層調(diào)用，與下層交互。
服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議層(SDP)：用于在遠(yuǎn)程藍(lán)牙設(shè)備上尋找服務(wù)。服務(wù)器維護(hù)一張服務(wù)記錄列表，每個服務(wù)記錄都包含服務(wù)器上一個服務(wù)的信息，每個服務(wù)對應(yīng)一個服務(wù)記錄。客戶端訪問服務(wù)器時，首先要獲得服務(wù)器的訪問記錄，然后通過服務(wù)記錄建立連接。
邏輯鏈接控制器適配層協(xié)議(1．2CAP)：為上層協(xié)議提供面向連接和無連接的數(shù)據(jù)服務(wù)，并提供多協(xié)議功能和分割重組操作，可傳輸和接收最大長度64 KB的L2CAP數(shù)據(jù)包。
虛擬串口協(xié)議(RFCOMM)：基于L2CAP協(xié)議的虛擬串口協(xié)議，因?yàn)樗试S藍(lán)牙設(shè)備模擬串口的功能，所以采用它進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
對象交換(OBEX)：可以用來傳輸文件或者交換對象數(shù)據(jù)，OBEX協(xié)議是基于RFCOMM實(shí)現(xiàn)的。
主機(jī)控制器接口(HCI)層：這一層是主機(jī)和控制器之間的接口，其他所有的層都要經(jīng)過HCI。
3．2．1 單片機(jī)藍(lán)牙設(shè)計
單片機(jī)使用UART接口和藍(lán)牙模塊進(jìn)行通信。HC-05為藍(lán)牙透明傳輸模塊，專為具有異步串口的用戶提供快捷藍(lán)牙點(diǎn)對點(diǎn)通訊。用戶不需任何協(xié)議，就像有線電纜連接一樣，只需對串口寫入數(shù)據(jù)，就可以將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)端用戶設(shè)備。上電后藍(lán)牙主機(jī)模塊復(fù)位、讀藍(lán)牙模塊地址、設(shè)置狀態(tài)參數(shù)和初始化模塊，與遠(yuǎn)端的手機(jī)連接成功后，可以通過UART異步串口與從機(jī)通信。這里將HC-05設(shè)置為主機(jī)模式，經(jīng)過初始化后提供藍(lán)牙服務(wù)，等待手機(jī)端藍(lán)牙客戶端連接。
3. 2．2 手機(jī)端J2ME設(shè)計
J2ME(Java2 Platform，Micro Edition)是Sun專門為小型的資源受限的消費(fèi)性電子設(shè)備的應(yīng)用程序開發(fā)所提供新的Java版本，它廣泛的使用于移動電話、PDA(個人數(shù)字助理以及電視機(jī)頂盒等眾多小型資源受限設(shè)備中。對于J2ME來說，由于其得天獨(dú)厚的跨平臺性與良好的可移植性，使得其在設(shè)備繁多、平臺異?；靵y的手機(jī)與PDA市場更顯得如魚得水。