CN105228089B

CN105228089B - 一种可穿戴设备多传感器适配及实时数据采集方法

Info

Publication number: CN105228089B
Application number: CN201510635625.XA
Authority: CN
Inventors: 刘毅; 勾壮; 吕晓
Original assignee: Chengdu Xinhui Juyuan Technology Co Ltd
Current assignee: Chengdu Xinhui Juyuan Technology Co Ltd
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2019-11-05
Anticipated expiration: 2035-09-30
Also published as: CN105228089A

Abstract

本发明公开了一种可穿戴设备多传感器适配及实时数据采集方法，S1、蓝牙设备适配，为蓝牙设备开发广播包特征识别模块、控制接口模块和数据标准化模块，S2、设备绑定，云端服务器在数据库中建立用户ID与设备ID之间的绑定关系；S3、多传感器数据的并发实时采集，用户在移动智能终端上登录云端服务器，获取已绑定设备列表，移动智能终端开启蓝牙扫描，对每一个扫描发现的蓝牙设备，将其设备ID与已绑定设备的ID比较，如果匹配则创建新的设备线程，建立连接。本发明的有益效果是：实现对跨厂商的多传感器数据进行实时采集，满足多传感器数据的实时处理要求，实现对多种传感器数据的实时并发采集。

Description

一种可穿戴设备多传感器适配及实时数据采集方法

技术领域

本发明涉及人体生理指标等多传感器适配和实时数据采集技术领域，具体涉及一种可穿戴设备多传感器适配及实时数据采集方法。

背景技术

近年来由于传感器技术的创新，特别是微机电系统传感器(Micro-electromechanical systems , MEMS）和生物传感器(Biosensor)的技术进步，使得包含多种微传感器的可穿戴智能设备不断出现，并应用在人体相关的各种数据的采集，进而衍生出相应的应用和服务，如自动化控制领域的智能家居、安全方面的定位应用、人体健康方面的远程监测等。

常见的微机电系统传感器(Micro-electromechanical systems , MEMS）和生物传感器(Biosensor)的数据包括以下几类：

1) 人体的各种生理指标数据，包括但不限于血压、血糖、心率和脉搏、心电图、体温、血液成份各项检验指标数据、尿液成份各项检验指标数据、呼吸以及其各项测量指标、身高、体重、活动姿态、运动状况等。

2) 各种电子电气设备的运行信息，包括但不限于其运行与停止、运行状态、运行的各种参数信息和故障信息。

3) 地理位置信息，包括但不限于GPS定位数据、北斗定位数据、无线蜂窝基站信息和Wi-Fi网络信息以及蓝牙设备无线信号信息。

然而，在可穿戴智能设备蓬勃发展和广泛使用的同时，浮现出了以下的主要问题：

1、单一性问题：受到芯片技术、低功率要求、可穿戴设备体积小巧等技术性限制，特定的可穿戴智能设备的硬件往往包含一种或少数几种传感器，只能对特定的信息进行采集。相关厂商往往集中在对自身开发的硬件设备所采集的相关信息进行处理，所支持的传感器种类比较单一。

2、兼容性问题：不同厂商对同一类型传感器实现的接口不同。对于一些常用的传感器，虽然蓝牙技术联盟(Bluetooth SIG)已定义了标准的传感器服务接口，但是仍有部分厂商不遵循该标准而是按照自定义的接口实现。这就造成了同样的传感器却互相不兼容的事实，影响用户的使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可穿戴设备多传感器适配及实时数据采集方法，解决的问题。

本发明的通过下述技术方案实现：

一种可穿戴设备多传感器适配及实时数据采集方法，所述的可穿戴设备为集成了蓝牙模块、以及传感器的蓝牙设备，包括以下子步骤：

S1、蓝牙设备适配，为蓝牙设备开发广播包特征识别模块、控制接口模块和数据标准化模块，广播包特征识别模块用于对蓝牙设备的广播包进行识别，确定蓝牙设备的类型和所提供的服务种类，控制接口模块用于基于相关通讯协议与蓝牙设备进行连接和控制，至少实现控制蓝牙设备初始化、开启蓝牙设备上的传感器和停止蓝牙设备上的传感器，数据标准化模块用于将采集的传感器原始数据实现兼容和适配，转换为采用统一的数据格式协议的数据；

适配就是为特定的蓝牙设备开发以下三个软件模块：

1) 广播包特征识别模块。蓝牙设备的广播包内容通常包含设备名称、所提供主要服务的UUID以及厂商自定义数据等。适配者需确定该类型蓝牙设备广播包内容的独特特征，通过该特征可以唯一识别该类型设备。大多数情况下设备名称即可满足独特性要求，否则可利用独特的服务UUID或者多个属性的独特组合来识别。所述蓝牙设备可以为集成了蓝牙模块、以及微机电系统传感器(Micro-electromechanical systems , MEMS）和/或生物传感器(Biosensor) 的可穿戴设备。

2) 控制接口模块。在特定的通讯协议基础上实现下列标准化的蓝牙设备控制接口：

1. 设备初始化：如蓝牙设备上的传感器的校准，参数设定等，

2. 开启蓝牙设备上的传感器，

3. 停止蓝牙设备上的传感器。

3) 数据标准化模块。将采集的传感器原始数据实现转换为采用统一的数据格式协议的数据。

S2、设备绑定，用户通过移动智能终端登录云端服务器，通过移动智能终端向云端服务器发出蓝牙设备绑定请求，云端服务器在数据库中建立用户ID与设备ID之间的绑定关系；

利用云端服务器的用户身份认证机制，建立蓝牙设备与用户之间的对应关系，以便于实现蓝牙设备的自动连接与传感器数据自动采集。具体步骤如下：

1) 用户在移动智能终端（如手机、平板电脑等便携式智能设备）上进行云端服务器登录，以认证用户身份。

2) 用户确定希望绑定的目标蓝牙设备类型（例如：加速度传感设备），同时确保有该类型蓝牙设备在附近并且工作在对外广播状态。然后用户操作移动智能终端开始扫描蓝牙设备。

3) 对每一个扫描发现的蓝牙设备，解析其广播包并与目标蓝牙设备特征进行比较，如果匹配则将蓝牙设备加入候选设备列表。

4) 用户在候选设备列表中选择欲绑定的蓝牙设备。

5) 移动智能终端向云端服务器发出蓝牙设备绑定请求，请求的内容包括：

1. 用户ID。

2. 蓝牙设备的设备ID ，即设备的唯一识别码，通常是MAC地址。

3. 还可包括蓝牙设备的设备类型。

6) 云端服务器接收到绑定请求，按以下流程处理：

1. 首先在数据库中检索该设备ID是否已绑定其他用户，如果没有则转第3步；

2. 在数据库中检索该设备ID是否允许共享，是则继续，否则向返回失败；

3. 在数据库中建立用户ID与设备ID之间的绑定关系并返回成功。

S3、多传感器数据的并发实时采集，利用多线程技术支持多传感器并发数据采集：用户在移动智能终端上登录云端服务器，获取已绑定设备列表，移动智能终端开启蓝牙扫描，对每一个扫描发现的蓝牙设备，将其设备ID与已绑定设备的ID比较，如果匹配则创建新的设备线程；从而，为每一个已连接设备创建一个设备线程，专门负责与该设备进行通讯。设备线程之间互不干扰，独立工作，因此可保证数据采集的并发性和实时性。

然后移动智能终端向蓝牙设备发起连接请求；蓝牙设备响应请求并建立连接。连接的建立可采用适当的安全机制进行保护，以防止非授权的使用；移动智能终端通过控制接口模块向蓝牙设备发出初始化和开启蓝牙设备上的传感器的命令，然后设备线程进入睡眠状态；当蓝牙设备上的传感器有新数据产生时，蓝牙设备将通知移动智能终端，移动智能终端将唤醒设备线程对数据进行处理；设备线程通过数据标准化模块对数据格式进行转换，得到转换为统一数据格式的数据。

进一步的，所述的移动智能终端还包括数据传输模块，设备线程将转换为统一数据格式的数据传递给数据传输模块进行传输；处理完所有数据后设备线程再次进入睡眠状态。

用户在移动智能终端上登录云端服务器，以认证用户身份；登录成功后移动智能终端自动从云端服务器获取已绑定蓝牙设备列表。列表项目的内容包括蓝牙设备的设备ID，优选的，还可包括设备类型。移动智能终端开启蓝牙扫描，扫描在独立的线程中周期性运行，因此独立于设备线程；对每一个扫描发现的蓝牙设备，将其设备ID与已绑定蓝牙设备的设备ID比较，如果匹配则创建新的设备线程。移动智能终端向蓝牙设备发起连接请求，蓝牙设备响应请求并建立连接。连接的建立可采用适当的安全机制进行保护，以防止非授权的使用。移动智能终端通过蓝牙设备控制接口（由该类型蓝牙设备的控制接口模块实现）向蓝牙设备发出初始化和开启传感器的命令，然后设备线程进入睡眠状态。当传感器有新数据产生时，蓝牙设备将通知移动智能终端，移动智能终端将唤醒设备线程对数据进行处理。设备线程通过数据标准化接口（由该类型蓝牙设备的数据标准化模块实现）对数据格式进行转换，然后将数据传递给数据传输模块进行传输。处理完所有数据后设备线程再次进入睡眠状态。

用户使用/佩戴的传感器包括各种生理指标传感器、运动/姿态传感器等，所述传感器集成于蓝牙设备。

传感器实时采集数据并通过蓝牙设备、用户的智能手机上传到云端服务器。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明实现对跨厂商的多传感器数据进行实时采集，解决了目前多传感器数据遇到的技术问题，实现了以下的功能：满足多传感器数据的实时处理要求，实现对多种传感器数据的实时并发采集；兼容不同厂商的蓝牙设备，保护用户现有投资并为提供更广泛的选择。

2、本发明所描述的传感器数据采集方法，能够实现支持多个不同可穿戴智能蓝牙设备中包含的多种传感器数据的实时处理，包括协议适配、数据标准化，主要解决了多个不同可穿戴智能蓝牙设备、多种传感器采集的不同类型的、不同格式的数据的适配和识别问题，从而解决多蓝牙设备、多传感器适配的技术问题，从而为支持多厂家蓝牙设备提供了一个实现的方法。

3、本发明通过定义统一的蓝牙设备驱动程序接口，使所有已适配蓝牙设备均按照该接口实现其驱动程序；建立蓝牙设备特征库，用于识别不同种类的蓝牙设备；并通过蓝牙设备扫描模块实现蓝牙设备与特征库的匹配识别已适配蓝牙设备并加载相应的驱动程序。并且通过本发明方法，可以实现多个不同可穿戴智能蓝牙设备、多种传感器采集的不同类型、不同格式数据的实时处理和实时自动分享，从而为数据处理、信息分享提供了时效价值，具有很大的实际应用价值。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的蓝牙设备绑定流程示意图。

图2为本发明采集数据流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

S1、蓝牙设备适配，为蓝牙设备开发广播包特征识别模块、控制接口模块和数据标准化模块，广播包特征识别模块用于对蓝牙设备的广播包进行识别，确定蓝牙设备的类型和所提供的服务种类，控制接口模块用于基于相关通讯协议与蓝牙设备进行连接和控制，至少实现控制蓝牙设备初始化、开启蓝牙设备上的传感器、停止蓝牙设备上的传感器和数据的收发传输，数据标准化模块用于将采集的传感器原始数据实现兼容和适配，转换为采用统一的数据格式协议的数据；

适配就是为特定的蓝牙设备开发以下三个软件模块：

1) 广播包特征识别模块。蓝牙设备的广播包内容通常包含设备名称、所提供主要服务的UUID以及厂商自定义数据等。适配者需确定该类型蓝牙设备广播包内容的独特特征，通过该特征可以唯一识别该类型设备。大多数情况下设备名称即可满足独特性要求，否则可利用独特的服务UUID或者多个属性的独特组合来识别。所述蓝牙设备可以为集成了蓝牙模块、以及微机电系统传感器(Micro-electromechanical systems , MEMS）和/或生物传感器(Biosensor)的可穿戴设备。

2. 开启蓝牙设备上的传感器，

3. 停止蓝牙设备上的传感器。

3) 数据标准化模块。将采集的传感器原始数据转换为该类型传感器在统一数据格式的数据。

关于广播包特征识别模块：

广播包格式

蓝牙核心规范的GAP部分定义了通用的广播包数据容器格式，它就是一个简单的数据结构的序列。这个数据结构由长度（1字节），广播数据类型（AD Type，1字节）以及实际数据（可变长度）构成。每个这样的数据结构表达了一项用户数据。

特征识别

通过解析设备广播包内容，通常能够找到此类型设备的独有特征。比如大部分设备可通过其设备名称唯一识别其类型。服务UUID也非常适合用于识别设备的类型，若设备提供某项独特的服务，则该服务的UUID具有极佳的辨识度。另外厂商数据也具有很好的独特性。如果任何一个单项数据都不能达到独特性要求，那么可以通过多项数据组合作为识别特征。

实现

特征识别模块必须实现如下接口：

关于控制接口模块：

研究设备的开发文档

设备的开发文档对设备的GATT服务有详细描述，研究并理解实现下列功能的GATT服务：

设备初始化：如传感器校准，参数设定等；

开启指定的传感器；

停止指定的传感器。

实现

控制接口模块必须实现如下接口：

关于数据标准化模块：

研究设备的开发文档

设备的开发文档对设备所包含的传感器及其GATT服务有详细描述，研究并理解实现下列功能的GATT服务：

用于接受传感器数据通知的特征值(Characteristic)；

传感器数据格式。比如某厂商ABC的加速度传感器一次采样数据格式定义如下：

每个轴的加速度值由两个字节L和H表示，通过公式H + L/256计算出该轴的加速度，单位为m/s²。

确定设备数据到标准数据的转换公式

以加速度传感器为例，标准的数据定义了x, y, z三个浮点数，分别表示X，Y和Z轴方向的加速度值，单位为ｇ。

上述厂商ABC的加速度传感器为例，对每个轴的数据，我们只需将单位从m/s²变换为g。因此由原始数据到标准数据的转换公式如下：

(H + L/256)/9.8

实现

数据标准化模块必须实现如下接口：

S2、设备绑定，如图1所示，用户通过移动智能终端登录云端服务器，通过移动智能终端向云端服务器发出蓝牙设备绑定请求，云端服务器在数据库中建立用户ID与设备ID之间的绑定关系；

4) 用户在候选设备列表中选择欲绑定的蓝牙设备。

1. 用户ID。

3. 还可包括蓝牙设备的设备类型。

6) 云端服务器接收到绑定请求，按以下流程处理：

S3、多传感器数据的并发实时采集，利用多线程技术支持多传感器并发数据采集：如图2所示，用户在移动智能终端上登录云端服务器，获取已绑定设备列表，移动智能终端开启蓝牙扫描，对每一个扫描发现的蓝牙设备，将其设备ID与已绑定设备的ID比较，如果匹配则创建新的设备线程；从而，为每一个已连接设备创建一个设备线程，专门负责与该设备进行通讯。设备线程之间互不干扰，独立工作，因此可保证数据采集的并发性和实时性。

用户在移动智能终端上登录云端服务器，以认证用户身份；登录成功后移动智能终端自动从云端服务器获取已绑定蓝牙设备列表。列表项目的内容包括蓝牙设备的设备ID，优选的，还可包括设备类型。移动智能终端开启蓝牙扫描，扫描在独立的线程中周期性运行，因此独立于设备线程；对每一个扫描发现的蓝牙设备，将其设备ID与已绑定蓝牙设备的设备ID比较，如果匹配则创建新的设备线程。移动智能终端向蓝牙设备发起连接请求，蓝牙设备响应请求并建立连接。连接的建立可采用适当的安全机制进行保护，以防止非授权的使用。移动智能终端通过控制接口模块向蓝牙设备发出初始化和开启传感器的命令，然后设备线程进入睡眠状态。当传感器有新数据产生时，蓝牙设备将通知移动智能终端，移动智能终端将唤醒设备线程对数据进行处理。设备线程通过数据标准化模块对数据格式进行转换，然后将数据传递给数据传输模块进行传输。处理完所有数据后设备线程再次进入睡眠状态。

用户使用/佩戴的传感器可以为任意可与蓝牙设备连接的微机系统传感器和生物传感器，如生理指标传感器、运动/姿态传感器等，所述传感器集成于蓝牙设备。微机系统传感器和生物传感器的数据包括以下几类：

1)人体的各种生理指标数据，包括但不限于血压、血糖、心率和脉搏、心电图、体温、血液成份各项检验指标数据、尿液成份各项检验指标数据、呼吸以及其各项测量指标、身高、体重、活动姿态、运动状况等。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种可穿戴设备多传感器适配及实时数据采集方法，所述的可穿戴设备为集成了蓝牙模块、以及传感器的蓝牙设备，其特征在于：包括以下步骤：

S2、设备绑定，用户通过移动智能终端登录云端服务器，通过移动智能终端向云端服务器发出蓝牙设备绑定请求，云端服务器在数据库中建立用户ID与设备ID之间的绑定关系，具体步骤如下：

1)用户在移动智能终端上进行云端服务器登录，以认证用户身份；

2)用户确定希望绑定的目标蓝牙设备类型，同时确保有该类型蓝牙设备在附近并且工作在对外广播状态，然后用户操作移动智能终端开始扫描蓝牙设备；

3)对每一个扫描发现的蓝牙设备，解析其广播包并与目标蓝牙设备特征进行比较，如果匹配则将蓝牙设备加入候选设备列表；

4)用户在候选设备列表中选择欲绑定的蓝牙设备；

5)移动智能终端向云端服务器发出蓝牙设备绑定请求，请求的内容包括：

用户ID；

蓝牙设备的设备ID ，即设备的唯一识别码，是MAC地址；

包括蓝牙设备的设备类型；

6)云端服务器接收到绑定请求，按以下流程处理：

步骤一.首先在数据库中检索该设备ID是否已绑定其他用户，如果没有则转步骤三；

步骤二.在数据库中检索该设备ID是否允许共享，是则继续，否则向返回失败；

步骤三.在数据库中建立用户ID与设备ID之间的绑定关系并返回成功；

S3、多传感器数据的并发实时采集，用户在移动智能终端上登录云端服务器，获取已绑定设备列表，移动智能终端开启蓝牙扫描，对每一个扫描发现的蓝牙设备，将其设备ID与已绑定设备的ID比较，如果匹配则创建新的设备线程；然后移动智能终端向蓝牙设备发起连接请求；蓝牙设备响应请求并建立连接；移动智能终端通过控制接口模块向蓝牙设备发出初始化和开启蓝牙设备上的传感器的命令，然后设备线程进入睡眠状态；当蓝牙设备上的传感器有新数据产生时，蓝牙设备将通知移动智能终端，移动智能终端将唤醒设备线程对数据进行处理；设备线程通过数据标准化模块对数据格式进行转换，得到转换为统一数据格式的数据；

还包括移动智能终端的设备线程将转换为统一数据格式的数据传递给数据传输模块进行传输，处理完所有数据后设备线程再次进入睡眠状态的步骤；

移动智能终端将统一数据格式的数据通过数据传输模块传输至云端服务器。

2.根据权利要求1所述的一种可穿戴设备多传感器适配及实时数据采集方法，其特征在于：所述的传感器包括各种生理指标传感器、运动/姿态传感器，所述传感器集成于蓝牙设备。