“家庭健康日记”手机软件设计说明书.docx

第十四届全国中小学生电脑制作活动评选类项目（高中组）计算机程序设计“家庭健康日记”手机软件设计说明书姓名：夏梦馨学校：湖南师范大学附属中学年级：高二班级：1115班指导老师：彭宇目录第一章软件简介11.1说明11.2使用“家庭健康日记”软件对手机的要求11.3测试手机列表21.4环境要求21.5术语说明31.6优化与致谢4第二章设计原理52.1健康指标52.2电子病历52.3温馨提醒52.4心率检测52.4.1心率原理62.4.2采样分析72.4.3计算原理92.4.4采样优化原理9第三章功能及流程图113.1功能113.2流程图123.2.1主流程123.2.2电子病历流程133.2.3温馨提醒流程143.2.4心率检测流程153.2.5优化流程163.2.6心跳分析流程17第四章UE及UI设计184.1UE设计184.2UI设计194.2.1设计要求194.2.2效果图示例19第一章 软件简介1.1 说明2012年3月我在CCTV10“科教频道”第一次看到Family的公益广告，深受启发。我觉得我从小到大一直是爸爸妈妈、爷爷奶奶、外公外婆以我为中心，关心我的健康成长。无论是我生病还是身体不舒服，总有人陪伴我、照顾我。现在我长大了，我觉得我应该逐步担起家庭的责任，关爱亲人的健康。于是我有了开发“家庭健康日记”的手机软件，用来帮助人们记录、检测亲人的健康情况。通过一段时间的开发，我的这个手机程序已经具备了一个健康日记的基本功能，也慢慢的为我的同学们接受和熟知。同时，我把这个软件申报到三星公司的手机应用商店（samsung apps mobile），希望能有更多同学和我一样知道，手机不仅仅有娱乐功能，还能用来关爱家庭、关爱亲人健康。使用要求1.2 使用“家庭健康日记”软件对手机的要求1. 操作系统：Android 2.3.x 、4.x2. 屏幕分辨率：480640像素或以上3. 手机有SD卡，剩余容量不少于20MB4. 如果要使用软件中的“心率检测”功能：1) 手机必须有500W像素或以上摄像头2) 由于“心率检测”功能的原理是通过手机摄像头连续拍摄食指图片，分析图片中红色深度值计算心率，具备闪光灯的手机效果更好。如手机无闪光灯，在光线明亮的环境或将摄像头对着阳光，检测效果更好。1.3 测试手机列表序号型号说明1三星GT-i93082三星GT-i91003三星galaxy notes I4三星galaxy notes II5三星i58306索爱LT30P7索爱MT15i8索爱LT26i1.4 环境要求1. 开发环境：eclipse 3.4.2，JDK 1.6.0，ADT 21.0.1、SQL Lite2. 测试手机：索爱LT30P3. 运行环境：1) Android 4.x版本、2.3.x版本2) 屏幕分辨率：480640像素或以上3) 不少于20MB存储空间的手机SD卡、500W像素或以上摄像头4) 有闪光灯检测效果最佳5) 使用作品中的【分享】功能才需要联网，支持中国联通、中国电信、中国移动、WiFi无线网络4. 程序权限1) 存储：修改/删除SD卡中的内容2) 硬件控制：拍摄照片和视频3) 付费服务：发送短信4) 系统工具：防止手机休眠、装载和卸载文件系统1.5 术语说明以下对本设计说明书涉及到的术语予以描述。序号术语说明1UEUser Experience，用户体验，是指通过对软件功能分析，结合手机特点，以事件驱动（events-drive）方式，设计符合用户操作习惯的布局、结果反馈，优化、提升软件使用体验2UIUser Interface，用户界面，是指通过专业界面设计师，结合软件UE设计，设计符合手机分辨率的界面，使软件呈现更加美观3心率Heart Rate，心脏跳动的频率，用于描述心动周期的专业术语，是指心脏每分钟跳动（舒张、收缩）的次数4采样是指通过在一个连续时间段内，采集目标数据并记录的过程，例如采集红色的颜色深度值5帧Frame，是指通过手机摄像头拍摄的一张相片，视频文件就是由连续的帧构成的。在本软件中，通过手机摄像头拍摄食指多帧照片，并通过红色颜色深度值的分析，用于计算心率6RGB是指获取图像中的六位十六进制RGB值，第1、2位值为红色，即R。当RGB值为00 00 00时，颜色为黑色，当RGB值为FF FF FF时，颜色为白色。7颜色深度值在本软件中特指红色的颜色深度，即RGB值中的第1、2位值，从0到255，值越大深度越深。1.6 优化与致谢由于时间和知识储备原因，作品还能继续优化的方面包括：1. 支持IPhone手机：目前作品支持Android智能手机，可开发支持IPhone手机的版本，让更多和我一样关爱亲人、关爱家庭的同学能够使用。2. 目前作品支持微薄、邮件、短信分享，可考虑通过手机访问互联网方式，建立服务端的健康知识库，让同学们除了关爱亲人，还能够掌握更多的如何关爱亲人健康的科学知识。感谢我的指导老师彭宇在作品构思、设计、开发、优化方面的指导与鼓励。第二章 设计原理2.1 健康指标2.2 电子病历在日常生活中，病历本往往比较多，遗失后难以为今后的治疗提供参考。家庭健康日记软件的电子病历功能，利用手机的拍照功能，把亲人每次去医院看病的病历通过拍照保存到手机SD卡中，同时通过记录时间、医院、科室、主治医生信息，形成电子病历，可通过手机随时查询亲人看病的情况。2.3 温馨提醒关爱亲人要从小事做起，付诸于实际行动。父母往往忙于工作忽视自己的身体，通过在家庭健康日记中设置提醒，例如父母服药、体检、散步等等，承担家庭责任，让父母能随时体会到自己的温馨与关爱。2.4 心率检测人体血液颜色是由血液中的含氧量决定的，血液的颜色由于氧含量的变化会产生周期性的改变，对应心跳的收缩、舒张过程即一次心跳过程。当食指指尖放置在手机摄像头上，通过分析摄像头拍摄的照片中红色颜色深度值可以计算心率。2.4.1 心率原理在初中的生物课目中，我们学习到：1. 心脏是人体的“泵”，推动血液在血管里不停地循环流动，心脏与血管是人体血液循环器官；2. 心脏每收缩与舒张一次，就是一次心跳，一分钟心跳次数，就是心率。心脏不停的收缩、舒张时，血管也会跟着收缩、舒张，所以我们可以通过脉搏获知心跳；3. 在血液循环的过程中，静脉血含氧量低，颜色呈现暗红色，动脉血含氧量高，颜色呈现鲜红色。通过以上基础生物知识，我们可以得知：1. 血液颜色为红色，如果能采集到红色的颜色深度值，我们可以判断当前在血管中流动的是静脉血还是动脉血；2. 血管中的静脉血、动脉血是随着心脏的收缩、舒张而变化的，即在心脏收缩过程中，心脏把含氧量高的动脉血“泵”入到血管中，血管中的动脉血增多，颜色深度值逐渐变小，心脏舒张过程中，心脏把含氧量低的静脉血“抽”回到心脏，血管中的静脉血多，颜色深度值最大；3. 一次收缩、舒张的过程构成一次心跳，1分钟内心跳次数构成心率。如果可以检测到血管中血液（红色）颜色深度值的变化，就可以检测到一次心跳所需要的时间，并可计算出一分钟内（60秒）心跳的次数即心率。2.4.2 采样分析根据心率原理，通过手机如何实现颜色深度值的数据采集是实现心率测试的关键：1. 食指指尖有丰富的毛细血管，在光照充足条件下，例如将手电筒照着食指指尖，可以看到指尖呈现血液的红色；2. 手机有摄像头，可以连续拍摄照片，如将食指之间放置在摄像头上，通过手机的闪光灯照射，可以连续拍摄食指指尖的照片；3. 通过对照片中红色颜色的深度值判断，可以得知当前血管中血液的深浅，即因含氧量的不同为动脉血还是静脉血。尽管有了实现原理的支撑，前期的实验必不可少：1. 如何判断食指指尖已正确放置在手机摄像头上？根据手机摄像头拍摄的照片，分析照片的RGB值，并取出R（红色）值，当R值（即颜色深度值）大于140时，则判断食指指尖已正确放置到手机摄像头上，当R值小于或等于140时，则判断食指指尖未正确的放置在摄像头上并提示用户。值得一笑的是：如果你把一个红色的物体，例如一张红纸放在摄像头上，摄像头也会认为你的食指指尖已经正确的放置好了！当然，通过对颜色深度值的波形变化，可以过滤掉这种深度值未发生变化的情况。2. 如何判断红色颜色深度值对应的静脉血、动脉血？我用索爱测试手机拍摄了约12秒钟的食指指尖并输出其红色颜色深度值，报表中的红色颜色深度值，真实反映了动脉血、静脉血的周期。实验数据参见心跳检测实验数据.xls文件。1) 上图中X轴为帧序号，Y轴为颜色深度值；2) 当RGB中的R值（即红色颜色深度值）大于140时，对本帧图像进行分析，保存R值；3) 可以看出当食指指尖刚放置到摄像头上时，由于光线、食指挪动原因，造成数据起伏大，需优化过滤掉。优化方式采取前30帧的R值数据不做有效采样数据保存。4) 从第31帧图像起，颜色深度值起伏规律，作为有效的采样数据进行心跳计算处理。2.4.3 计算原理1. 从摄像头捕获到有效数据（第31帧图像）起开始计时；2. 取有效采样R值数据的平均值（R值之和/帧数）；3. 对每帧图像中R值数据大于或等于平均值的，该数据不可能为波谷数据，予以过滤，保存一个波形中最小值（波谷）；4. 循环处理第3步至用户食指从摄像头上移开或因光线原因无法采集到有效数据，计时结束，保存时长；5. 心率为1分钟，即60秒心跳次数，心率=（最小值个数-1）/时长）602.4.4 采样优化原理1. 用户食指刚放置到摄像头上时，采集的数据不稳定，从第1帧到第30帧图像不做处理；2. 采样数据的有效性与食指是否移动、光线强度变化关联度高，在采集的实验数据中，会出现波动幅度很小的类似锯齿状的波峰波谷，会造成误判为一次心跳，通过实时求平均值，过滤大于或等于平均值的数据，保证心率计算的准确性；3. 对应基础生物知识，两次波谷为一次有效心跳。第三章 功能及流程图3.1 功能下图为作品功能。3.2 流程图3.2.1 主流程3.2.2 电子病历流程3.2.3 温馨提醒流程3.2.4 心率检测流程3.2.5 优化流程3.2.6 心跳分析流程第四章 UE及UI设计4.1 UE设计设计宗旨：精简布局、降低图片加载、减少输入等。设计要素：1. 优秀的技术实现+优秀的产品体验=优秀的产品；好的作品总是让使用者看不到技术的存在；2.3.4.5.4.24.2.11.2.3.4.5.6.4.2.21.1)2)3)2.1)2)3)4)3.1)2)4.