CN109219032B - 基于nfc的多参数腕式生命体征数据通信方法 - Google Patents

基于nfc的多参数腕式生命体征数据通信方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于NFC的多参数腕式生命体征数据通信方法，步骤一，核心处理模块将多参数腕式生命体征数据进行数据帧打包，获得异构数据包；步骤二，所述核心处理模块将异构数据包加密后写入NFC模块；步骤三，NFC读取终端通过读取NFC模块获取通信数据；步骤四，所述NFC读取终端对通信数据解密后校验，若校验结果为该通信数据为异构数据包，则将该异构数据包上传到上位机，否则丢弃所述通信数据并返回步骤三重新读取，直到获取到加密的异构数据包。有益效果：采用NFC传输来增强传输效率，由于NFC是要近场读取才能完成数据传输，因此其可以适应电磁干扰较强的场合，而且贴近后才读取，能避免信息被陌生人利用，保证私密性。

Description

基于NFC的多参数腕式生命体征数据通信方法
技术领域
本发明涉及便携体征检测设备技术领域，具体的说，涉及一种基于NFC的多参数腕式生命体征数据通信方法。
背景技术
近年来，随着电子技术的进步以及无线通信技术的迅猛发展，可穿戴设备在人们的日常生活中得到越来越多的关注，尤其是在可穿戴医疗设备领域。所谓的可穿戴医疗设备是指把传感器、无线通信、多媒体等技术嵌入人们眼镜、手表、手环、服饰及鞋袜等日常穿戴中，可以用紧贴体表的佩戴方式测量各项体征。
目前多数可穿戴设备功能较为单一，使用单一传感器检测单一参数，无法满足高集成、多功能化检测的要求；而且多数使用蓝牙、WIFI的无线通信方式进行数据传输，虽然传输速率较快，但是无法适应电磁干扰较强的场合，在强电磁干扰的环境下无法保证数据传输的准确性和稳定性。
针对采集得到的生命体征参数没有专门的数据格式规范以及传输管理方法，很容易造成有用数据的丢失以及错误接收，浪费了采集得到的数据资源。
发明内容
针对上述背景所存在的问题，本发明提出了一种基于NFC的多参数腕式生命体征数据通信方法，通过NFC的方式进行数据传输，并提出一种针对异构的生命体征数据格式的规范，便于接收端的数据校验和处理。
为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：
一种基于NFC的多参数腕式生命体征数据通信方法，其特征在于：
步骤一，核心处理模块将多参数腕式生命体征数据进行数据帧打包，获得异构数据包；
所述多参数腕式生命体征数据包括血氧参数、心率参数、血压参数；
步骤二，所述核心处理模块将异构数据包加密后写入NFC模块；
步骤三，NFC读取终端通过读取NFC模块获取通信数据；
步骤四，所述NFC读取终端对通信数据解密后校验，若校验结果为该通信数据为异构数据包，则将该异构数据包上传到上位机，否则丢弃所述通信数据并返回步骤三重新读取，直到获取到加密的异构数据包。
通过上述设计，采用NFC传输来增强传输效率，由于NFC是要近场读取才能完成数据传输，因此其可以适应电磁干扰较强的场合，而且贴近后才读取，能避免信息被陌生人利用，保证私密性。
本发明还采用了一种更适合NFC传输的异构数据包格式，所述异构数据包由数据头、数据区、数据尾组成；
其中，所述数据头包括1个字节的起始位、1个字节的消息编号、2个字节的数据区长度，所述起始位的内容为0xA0，所述消息编号的内容为0-255之间的数，第一个数据包的消息编号为随机取值，之后每个数据包的消息编号为前一个的值加一，所述数据区长度为数据区的实际数据长度；
所述数据区占22个字节，其中包括10组血氧参数、10组心率参数、1组血压参数，每组血氧参数占1个字节，每组心率参数占1个字节，每组血压参数占2个字节；
所述数据尾包括1个字节的校验码和1个字节的结束位，所述结束位的内容为0xF0。
在校验时，先查看起始位，再比对数据头与数据区的整体内容，最后查看结束位，只有当三部分完全一致时才算校验匹配正确，否则均为错误数据，一旦传输的数据不对，再贴近NFC模块读取一次即可，方便快捷。
进一步的，所述数据区中的10组血氧参数与10组心率参数交替排列，血压参数排列在血氧参数与心率参数之后。
交替排列的方式便于交替校验血氧参数与心率参数的正误及其对应位置，血氧参数与心率参数在数据区的前20个字节，10个奇数位，其中任意一个血氧参数或心率参数出现错误，整体数据还能接受，两者交替排列能逐个确定错误率是否在10％以下，高于10％整体数据就需要重新读取，交替排列的效率更高、更快，而血压参数不能出错，一旦出错就需要重新获取数据，因此该数据区的排列顺序设计可在保证容错率的情况下更快校验是否需要重新获取数据。
更进一步设计，步骤四的校验方法为CRC校验，所述数据尾中的校验码则为根据CRC校验计算数据头与数据区的内容获得的码值。
其中，步骤四包括如下内容：
S4.1，所述NFC读取终端对通信数据解密；
S4.2，判断解密后的数据头起始位是否等于0xA0，是，进入下一步，否则丢弃此次接收的通信数据；
S4.3，从数据头起始位开始，至数据区最后一位为止进行CRC校验，并将校验值与所述数据尾的校验码比较，两者一致则进入下一步，否则丢弃此次接收的通信数据；
S4.4，判断数据尾结束位是否等于0xF0，是，进入下一步，否则丢弃此次接收的通信数据；
S4.5，将通信数据识别为异构数据包，并上传至上位机。
上述校验方式可以快速舍弃错误的数据，从而重新读取NFC的异构数据包，节省校验处理时间。
其中，步骤S4.3还包括以下内容：
S4.3.1，从数据头起始位开始，至数据区最后一位为止进行CRC校验，并将校验值与所述数据尾的校验码比较，两者一致则进入S4.4，否则进入S4.3.2；
S4.3.2，根据CRC的余数项判断通信数据中错误数据的位置，若错误数据属于血氧/心率，进入下一步，否则丢弃此次接收的通信数据；
S4.3.3，判断错误数据的范围是否小于等于1个字节，是，将错误的字节置0，进入S4.4，否则丢弃此次接收的通信数据。
上述方法体现了一定的数据容错率，当错误数据很小时，如10％以下，可以不需要重新获取异构数据包，节省读写程序。
进一步设计，步骤一还包括如下内容：
S1.1，核心处理模块判断每帧多参数腕式生命体征数据，若每种参数均在其对应的正常体征区间内，进入S1.2，否则保留该帧多参数腕式生命体征数据并进入S1.4；
S1.2，调取该帧多参数腕式生命体征数据的时间前后n帧多参数腕式生命体征数据；
S1.3，判断所述n帧多参数腕式生命体征数据，任一参数都在其对应的正常体征区间内，是，删除其中m帧多参数腕式生命体征数据，仅保留m-n帧多参数腕式生命体征数据，m<n；
S1.4，将所有保留的多参数腕式生命体征数据进行数据帧打包，获得异构数据包。
由于正常体征数据的参考价值较低，为便于后续处理，上述设计将持续的正常体征数据删掉部分，只需表示一段时间内监测的体征是正常的即可，而异常的内容则完全保留，体现实际监测的重点数据，能够大大降低数据包的数据量，也间接减少了数据处理的时间和能耗。
所述NFC模块写入加密的异构数据包完成后，开启一次射频场等待NFC读取终端读取，a秒延迟后再将射频场关闭，等待下一次加密的异构数据包写入。
具体上传时，所述NFC读取终端成功将异构数据包上传到上位机后，上位机反馈一个成功接收的响应，若NFC读取终端接收到该响应，则清空存储的通信数据，否则重新发送一次给上位机，直到接收到响应为止。
所述异构数据包的加密方式为AES加密。
本发明的有益效果：采用NFC传输来增强传输效率，由于NFC是要近场读取才能完成数据传输，因此其可以适应电磁干扰较强的场合，而且贴近后才读取，能避免信息被陌生人利用，保证私密性。
附图说明
图1是监测装置的结构框图；
图2是实施例的结构示意图；
图3是数据通信方法的流程框图；
图4是实施例的流程图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明：
如图1所示，一种多参数腕式生命体征监测装置，包括血氧心率采集模块、血压采集模块、核心处理模块、电源模块、数据传输模块、显示模块，
所述血氧心率采集模块的输出端、血压采集模块的输出端分别连接核心处理模块的输入端组，所述核心处理模块调度处理各模块的工作内容与能耗模式，并将接收到的血氧、心率、血压三个参数进行数据帧打包得到数据包，该数据包经数据传输模块发送至接收终端；所述显示模块的输入端组连接核心处理模块的显示输出端组。
所述电源模块为血氧心率采集模块、血压采集模块、核心处理模块、数据传输模块、显示模块供电。
所述数据传输模块优选为NFC模块，则接收终端为NFC读取装置。
如图2所示，血氧心率采集模块优选为血氧心率指夹1，其采用MAX30102传感器采集血氧心率参数，该传感器内置A/D转换器，可以直接从FIFO寄存器中读取到转换后的数字PPG信号值，通过程序利用朗博比尔定律计算得到血氧心率值，并通过I2C接口发送至核心处理模块，采集频率默认为每30秒采集一次，不局限于此频率，可根据情况制定；
血压采集模块优选为血压气带2，包括压力传感器、模块主控芯片、A/D转换芯片，通过示波法计算血压值，通过I2C接口将数据发送至核心处理模块，采集频率为每5分钟采集一次，不局限于此频率，可根据情况制定；
核心处理模块设置在处理壳3内，具体实施例采用STM32F103RCT6作为核心处理模块的主控芯片，该芯片是基于ARM Cortex-M内核的32位微控制器，专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的，拥有丰富的接口和外设资源，能够满足本发明的要求。核心处理模块对接收到的血氧、心率、血压三个参数进行数据帧的打包、校验、加密等处理，并将三个参数的结果呈现在显示模块上，同时将数据包发送给NFC模块。
显示模块安装在处理壳3表面，采用OLED屏显示血氧、心率、血压三个参数的结果值。
NFC模块集成在处理壳3内，采用RF430CL330H作为NFC通信芯片，该芯片可以作为NFC TYPE 4标签，最高可达到848kbps的传输速率，工作频带为13.56MHz，可自动识别NFC数据交换格式的结构。通过I2C接口将核心处理模块处理后的数据写入NFC模块，之后通过NFC通信方式将数据传送给终端读取模块。
电源模块也集成在处理壳3内，为了满足装置的便携性，使用锂电池对整个装置进行供电。
一种基于NFC的多参数腕式生命体征数据通信方法，如图3所示：
步骤一，核心处理模块将多参数腕式生命体征数据进行数据帧打包，获得异构数据包；
所述多参数腕式生命体征数据包括血氧参数、心率参数、血压参数；
步骤二，所述核心处理模块将异构数据包加密后写入NFC模块；
步骤三，NFC读取终端通过读取NFC模块获取通信数据；
步骤四，所述NFC读取终端对通信数据解密后校验，若校验结果为该通信数据为异构数据包，则将该异构数据包上传到上位机，否则丢弃所述通信数据并返回步骤三重新读取，直到获取到加密的异构数据包。
所述异构数据包如表1，由数据头、数据区、数据尾组成；
其中，所述数据头包括1个字节的起始位、1个字节的消息编号、2个字节的数据区长度，所述起始位的内容为0xA0，所述消息编号的内容为0-255之间的数，第一个数据包的消息编号为随机取值，之后每个数据包的消息编号为前一个的值加一，所述数据区长度为数据区的实际数据长度；
所述数据区占22个字节，其中包括10组血氧参数、10组心率参数、1组血压参数，每组血氧参数占1个字节，每组心率参数占1个字节，每组血压参数占2个字节；
所述数据尾包括1个字节的校验码和1个字节的结束位，所述结束位的内容为0xF0。
表1
Figure BDA0001883151480000081
具体的数据区优选设计如表2，所述数据区中的10组血氧参数与10组心率参数交替排列，血压参数排列在血氧参数与心率参数之后：
表2
Figure BDA0001883151480000082
优选的步骤四的校验方法为CRC校验，所述数据尾中的校验码则为根据CRC校验计算数据头与数据区的内容获得的码值。
如图4所示，步骤四包括如下内容：
S4.1，所述NFC读取终端对通信数据解密；
S4.2，判断解密后的数据头起始位是否等于0xA0，是，进入下一步，否则丢弃此次接收的通信数据；
S4.3，从数据头起始位开始，至数据区最后一位为止进行CRC校验，并将校验值与所述数据尾的校验码比较，两者一致则进入下一步，否则丢弃此次接收的通信数据；
S4.4，判断数据尾结束位是否等于0xF0，是，进入下一步，否则丢弃此次接收的通信数据；
S4.5，将通信数据识别为异构数据包，并上传至上位机。
其中，步骤S4.3还包括以下内容：
S4.3.1，从数据头起始位开始，至数据区最后一位为止进行CRC校验，并将校验值与所述数据尾的校验码比较，两者一致则进入S4.4，否则进入S4.3.2；
S4.3.2，根据CRC的余数项判断通信数据中错误数据的位置，若错误数据属于血氧/心率，进入下一步，否则丢弃此次接收的通信数据；
S4.3.3，判断错误数据的范围是否小于等于1个字节，是，将错误的字节置0，进入S4.4，否则丢弃此次接收的通信数据。
本实施例的步骤一还包括如下内容：
S1.1，核心处理模块判断每帧多参数腕式生命体征数据，若每种参数均在其对应的正常体征区间内，进入S1.2，否则保留该帧多参数腕式生命体征数据并进入S1.4；
S1.2，调取该帧多参数腕式生命体征数据的时间前后n帧多参数腕式生命体征数据；
S1.3，判断所述n帧多参数腕式生命体征数据，任一参数都在其对应的正常体征区间内，是，删除其中m帧多参数腕式生命体征数据，仅保留m-n帧多参数腕式生命体征数据，m<n；
S1.4，将所有保留的多参数腕式生命体征数据进行数据帧打包，获得异构数据包。
所述NFC模块写入加密的异构数据包完成后，开启一次射频场等待NFC读取终端读取，a秒延迟后再将射频场关闭，等待下一次加密的异构数据包写入。
所述NFC读取终端成功将异构数据包上传到上位机后，上位机反馈一个成功接收的响应，若NFC读取终端接收到该响应，则清空存储的通信数据，否则重新发送一次给上位机，直到接收到响应为止。
所述异构数据包的加密方式优选为AES加密。

Claims (5)

1.一种基于NFC的多参数腕式生命体征数据通信方法，其特征在于：
步骤一，核心处理模块将多参数腕式生命体征数据进行数据帧打包，获得异构数据包；
所述多参数腕式生命体征数据包括血氧参数、心率参数、血压参数；
步骤二，所述核心处理模块将异构数据包加密后写入NFC模块；
步骤三，NFC读取终端通过读取NFC模块获取通信数据；
步骤四，所述NFC读取终端对通信数据解密后校验，若校验结果为该通信数据为异构数据包，则将该异构数据包上传到上位机，否则丢弃所述通信数据并返回步骤三重新读取，直到获取到加密的异构数据包；
所述异构数据包由数据头、数据区、数据尾组成；
其中，所述数据头包括1个字节的起始位、1个字节的消息编号、2个字节的数据区长度，所述起始位的内容为0xA0，所述消息编号的内容为0-255之间的数，第一个数据包的消息编号为随机取值，之后每个数据包的消息编号为前一个的值加一，所述数据区长度为数据区的实际数据长度；
所述数据区占22个字节，其中包括10组血氧参数、10组心率参数、1组血压参数，每组血氧参数占1个字节，每组心率参数占1个字节，每组血压参数占2个字节；
所述数据尾包括1个字节的校验码和1个字节的结束位，所述结束位的内容为0xF0；
所述数据区中的10组血氧参数与10组心率参数交替排列，血压参数排列在血氧参数与心率参数之后；
步骤四的校验方法为CRC校验，所述数据尾中的校验码则为根据CRC校验计算数据头与数据区的内容获得的码值；
步骤四包括如下内容：
S4.1，所述NFC读取终端对通信数据解密；
S4.2，判断解密后的数据头起始位是否等于0xA0，是，进入下一步，否则丢弃此次接收的通信数据；
S4.3，从数据头起始位开始，至数据区最后一位为止进行CRC校验，并将校验值与所述数据尾的校验码比较，两者一致则进入下一步，否则丢弃此次接收的通信数据；
S4.4，判断数据尾结束位是否等于0xF0，是，进入下一步，否则丢弃此次接收的通信数据；
S4.5，将通信数据识别为异构数据包，并上传至上位机；
步骤S4.3还包括以下内容：
S4.3.1，从数据头起始位开始，至数据区最后一位为止进行CRC校验，并将校验值与所述数据尾的校验码比较，两者一致则进入S4.4，否则进入S4.3.2；
S4.3.2，根据CRC的余数项判断通信数据中错误数据的位置，若错误数据属于血氧/心率，进入下一步，否则丢弃此次接收的通信数据；
S4.3.3，判断错误数据的范围是否小于等于1个字节，是，将错误的字节置0，进入S4.4，否则丢弃此次接收的通信数据。
2.根据权利要求1所述的基于NFC的多参数腕式生命体征数据通信方法，其特征在于步骤一还包括如下内容：
S1.1，核心处理模块判断每帧多参数腕式生命体征数据，若每种参数均在其对应的正常体征区间内，进入S1.2，否则保留该帧多参数腕式生命体征数据并进入S1.4；
S1.2，调取该帧多参数腕式生命体征数据的时间前后n帧多参数腕式生命体征数据；
S1.3，判断所述n帧多参数腕式生命体征数据，任一参数都在其对应的正常体征区间内，是，删除其中m帧多参数腕式生命体征数据，仅保留m-n帧多参数腕式生命体征数据，m<n；
S1.4，将所有保留的多参数腕式生命体征数据进行数据帧打包，获得异构数据包。
3.根据权利要求1所述的基于NFC的多参数腕式生命体征数据通信方法，其特征在于：所述NFC模块写入加密的异构数据包完成后，开启一次射频场等待NFC读取终端读取，a秒延迟后再将射频场关闭，等待下一次加密的异构数据包写入。
4.根据权利要求1所述的基于NFC的多参数腕式生命体征数据通信方法，其特征在于：所述NFC读取终端成功将异构数据包上传到上位机后，上位机反馈一个成功接收的响应，若NFC读取终端接收到该响应，则清空存储的通信数据，否则重新发送一次给上位机，直到接收到响应为止。
5.根据权利要求1所述的基于NFC的多参数腕式生命体征数据通信方法，其特征在于：所述异构数据包的加密方式为AES加密。
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