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人体生理参数监控系统
【摘要】
人体生理参数监控系统能够及时、准确处理和传输用户的生理参数，这些年来，随着 人们对于自身健康状况关注力度的加大，引起了生理参数监控仪器的开发热潮。本文设计了基于嵌入式Linux的人体生理参数监控系统，实现了对生理参数采集、加 密处理、远距离实时传输和解密等功能。
【关键词】嵌入式Linux；生理参数；GSM短信息
一、背景
随着嵌入式系统在工业控制和智能家店领域得到广泛的应用，控制逻辑和功能变得越来越复杂，因此，简单的嵌入式系统已经不能满足这种需求，为了解决这种问题，越来越多的人倾向于使用完整的操作系统。在各种嵌入式操作系统中，Linux凭借其开放源代码和免费使用的特性以及架构清晰、平台支持广泛、网络支持强劲的优点，得到广泛采用，具有内核小、功能强、运行稳定、效率高、良好的网络支持等特点，并且支持多种硬件平台。它有大量的不断增加的开发工具，这些工具为嵌入式系统的开发提供了良好的环境。
二、目的与意义
由于社会的发展，人们的生活节奏和生活方式发生了巨大的变化，目前我国出现了这
样一种社会现象：人的寿命越来越长，生活越来越独立。也就是说，越来越多的老人选择 了独居。老年人本来就身体不好，行动不便，儿女又不在身边，在这样的情况下，老年人 的健康和就医成为问题。
为了使单独居住的老年人得到完善的、良好的身体监护。医护人员利用手持的便携式 医疗设备(PDA)，定期为待在家中或集中居住在小区的老年人进行必要的生理参数检测，同时使不在老人身边的子女们及时的、便捷的、经济的得到这些生理参数信息
三、常见生理参数的取值范围及其代表症状介绍如下：
1、体温：正常人的体温是36度到37度，一天的体温略有波动，但一般不超过l度。
2、呼吸：正常人平静呼吸频率为16．20次／分钟，呼吸与脉搏的比例一般为l：4，即 呼吸一次心跳4次。脉率减慢(小于60次／分钟)多见于睡眠及某些疾病，如颅内压增高、高血压、缓慢性心律失常、甲状腺功能减退等。
3、血压：按国际标准18岁以上成年人正常血压分为三个等级，理想血压80—120mmHg(11—16kPa)，正常血压：85—130mmHg(11—17kPa)，正常偏高：收缩压(130—139mmHg)(17—19kPa)。
这些参数既可用整数或浮点数表示，也可以用字符串的形式表示，详细分析如下：
1、体温：整数位最多到十位，精确度保证到小数点后1位，在设计其格式时，如果 采用浮点数(float)表示则至少需要4个字节。如果用字符串表示，可以用3个字节，前2个字节表示整数位的十位和个位，第3个字节表示小数位。
2、呼吸：为整数，以次／分钟为单位，每分钟呼吸次数最大不到一百，如果用整型数
四、SMS、EMS以及MMS SMS(短信息业务Short—Meage．Service)通过它，移动电话之间可以相互收发短消息，短消息的内容可以是文本、数字或二进制非本数据(用于铃声或logo等)。SMS有两大特点：存储转发机制和传递确认机制。
SMS的协议栈分为四层：应用层(SM．AL)、传输层(SM．TL)、转发层(SM．RL)和链接 层M-LL)。
EMS(增强型短信Enhanced-Meage—Service)EMS能够将简单音调、图片、声音、动画、文本集成到一起，然后在EMS手机上显 示，例如，当短信中出现感叹号时演奏相关的音调，或者把简单的黑白图片和文本及声音 效果同时展示出来。
MMS(多媒体短信息Multi-Media-Meage)MMS在概念上与SMS和EMS非常相似，可以理解为是SMS向多媒体的演进。但与 SMS和EMS不同的是，MMS对于信息内容的大小或复杂性几乎没有任何限制。MMS不 但可以传输文字短信，还可以传送图像、影像和音频，因此，MMS带来最大的变化是各 运营商可发展更多元化的移动通信服务。
五、嵌入式Linux 嵌入式Linux是从Linux衍变而来的嵌入式操作系统。将Linux作为一个嵌入式操作 系有许多的优点：
●系统稳定，功能强大，支持多种硬件平台。●稳定地运行在许多种体系结构的处理器上。
●模块化可裁减特性非常适合嵌入式系统的要求。●自由软件可以有效降低开发成本。
●文档完善，支持渠道众多。
●强大的网络功能，完全适用移动互连的嵌入式设备发展趋势。
它包含四个方面：
●用户进程
用户应用程序是运用在Linux操作系统最高层的一个所有的软件集合。当一个用户程 序在操作系统之上时，它就是操作系统的一个进程。
●系统调用接口
为了在应用程序中实现特定的任务，可以通过系统调用来调用系统内核中特定的功能 函数，以实现特定的任务。●Linux内核
Linux内核是整个Linux系统的灵魂，LinuX内核负责整个系统的内存管理，进程调度和 文件管理。Linux内核的功能大致分成如下几个部分： ● 进程管理 ● 内存管理 ●文件系统 ● 设备控制
六、开发调试环境的建立与安全性
与绝大多数软件开发不一样的是，嵌入式系统中的软件开发采用的是交叉编译方式，即在一个平台上编译与调试可以在另一个平台上运行的代码。这是因为在嵌入式开发中，考虑到成本等原因，没有提供足够的资源在开发板上运行开发工具和调试工具。交叉编译 短信加密算法的研究与实现证信息完整性的方法是使用鉴别与认证机制，数字签名即属于鉴别与认证机制。
1：密码系统的安全性
一个密码系统的实际安全性牵涉到两方面的因素：
(1)所使用的密码算法的保密强度。密码算法的保密强度取决于密码设计的水平，破译技术的水平，以及攻击者对于加密系统的了解程度。密码系统所采用的 密码算法的保密强度是该密码系统安全性的技术保证
(2)密码算法以外的不安全因素。即使密码算法能够达到实际的不可破译，攻击 者也能不通过对密码进行破译的途径，而是通过其他各种非技术手段攻破一 个密码系统。
2：密码系统的基本要求
(1)密码系统的秘钥必须足够大。这是因为，如果秘钥空间小的话，攻击者可以 采用已知的明文攻击。
(2)加密与解密过程必须是计算上可行的，必须能够被方便的实现与使用。
七、结论
本课题基于嵌入式Linux操作系统，利用GSM网络点到点的短信息服务功能，实现
了生理参数监控系统，该系统的主要功能是用户生理参数的加密和解密以及对参数以短信 的形式实现远距离实时发送和接收。
本文分析了生理参数的取值范围及其代表的意义，设计出两种传输格式，并结合传输
方式中数据编码的特点，选择以字符串表示形式作为传输格式。研究了密码学模型，根据生理参数传输格式的特点，选择基于分组的DES作为加密算法，分析了DES加密算法，选择接收方号码的前8字节作为原始子密钥，这样不固定的密钥，提高了系统的安全性，在此基础上，完成DES算法编解码程序的编写，实现生理参数的加密功能。参考文献
【1】王树红．嵌入式系统的现状及发展趋势【J】．太原大学学报，2007，8(30)：121．139． 【2】陈莉君，冯锐牛欣源译．深入理解LINUX内核[MI，中国电力出版社 【3】万时光．无线生理参数监控系统的研制[D】，北京：北京服装学院，2008 【4】冯时冬，马小铁，李凯．嵌入式Linux加密短信息系统的设计与实现，微计算机信息，2010年7月
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