铁路司乘人员睡眠监测系统的研究

发布时间：2017-08-24 06:18

  本文关键词：铁路司乘人员睡眠监测系统的研究

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【摘要】：安全第一,是铁路运输生产管理的第一要务,是保证运营的首要条件。所有与铁路运输安全相关的人员中,司乘人员是核心子系统,在事故原因中,司乘人员的各种失误是最重要的影响因素。为了保证司乘人员的工作状态,首先要确保其有足够的休息时间,同时还要对他们的睡眠状况进行监测和评估,制定科学的出勤考核制度。目前,铁路部门对于司乘人员班前的作息制度制定比较完善,实施和管理的比较好,但是,对于司乘人员进入独立空间后的睡眠状况则缺乏科学的监测手段和客观的评价结果,仍以查岗的方式进行监控,不能有效实施安全管理。传统的睡眠监测系统可以解决睡眠监测的问题,但复杂的测量手段和诸多的电极贴片,反而会影响司乘人员的正常睡眠,无法真正无缝的融入司乘人员的生活而达到保证铁路安全运营的目的。 为了解决这一问题,本文设计了一套低负荷的睡眠监测系统。本系统能够在不影响司乘人员正常睡眠的基础上,采集人体由于心脏搏动、呼吸、体动等引起的振动信号,并对信号进行处理和挖掘,得出心搏率、呼吸率以及体动频率等参数,并利用这些参数和睡眠状况之间的耦合关系,完成对人体睡眠状态的评估。所做的主要工作包括： 1.进行了睡眠参数采集装置的硬件电路设计。本文汲取了国内外关于低负荷检测技术的设计理念,将压敏电缆传感器集成在床毯上,实现对人体信号的无负荷采集；利用单片机作为参数采集模块的处理器,实现对信号的模数转换和传输。所设计的硬件电路主要包括放大电路、AD转换电路、单片机电路等。 2.进行了信号处理装置的硬件电路设计。本文以嵌入式技术为基础,设计了套以ARM芯片作为核心处理器的嵌入式系统,实现对信号的处理和挖掘,配合该功能要求,硬件电路设计主要包括：电源电路、存储器电路、网络接口电路等。 3.进行了嵌入式系统软件的核心算法研究。为了实现对信号的处理和挖掘,本文在综合各种信号处理方法的基础上,利用巴特沃斯数字滤波器对原始信号进行去噪处理；并且设计了特征波的提取算法,完成了对心搏率、呼吸率、体动次数的计算；最后设计了比对实验,验证了两类核心算法的可靠性。 4.进行了睡眠分析软件的核心算法研究。本文在分析各个睡眠识相特点的基础上,以心搏率、呼吸率以及体动频率作为参数,设计了一套基于模糊逻辑的睡眠分期算法,完成了对人体睡眠状况的分析,并通过实验,验证了算法的正确性和可靠性。
【关键词】：低负荷监测 ARM 数字滤波器 特征波提取 模糊逻辑
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U298;TP274
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 目录9-12
• 1 引言12-16
• 1.1 课题背景及研究意义12
• 1.2 低负荷睡眠监测技术的发展现状12-13
• 1.3 嵌入式技术简介13-15
• 1.4 本文主要研究内容15
• 1.5 本章小结15-16
• 2 系统的总体方案设计16-22
• 2.1 系统的功能需求及采集参数分析16-18
• 2.1.1 系统的功能需求16-17
• 2.1.2 系统的采集参数17
• 2.1.3 系统的数据流程17-18
• 2.2 系统的总体方案及可行性分析18-20
• 2.2.1 系统总体方案的设计18-19
• 2.2.2 系统可行性分析19-20
• 2.3 本章小结20-22
• 3 系统硬件平台的设计22-42
• 3.1 系统的硬件设计方案22-23
• 3.2 床毯式信息采集装置的硬件电路设计23-31
• 3.2.1 传感器电路设计23-25
• 3.2.2 模拟信号处理电路设计25-26
• 3.2.3 单片机处理器电路设计26-28
• 3.2.4 AD采样电路设计28-29
• 3.2.5 电源电路设计29-30
• 3.2.6 床毯电路的PCB设计30-31
• 3.3 床旁信息分析装置的硬件电路设计31-41
• 3.3.1 ARM处理器选型31-33
• 3.3.2 FLASH存储器电路设计33-35
• 3.3.3 SDRAM存储器电路设计35
• 3.3.4 串口接口电路设计35-36
• 3.3.5 USB设备驱动电路设计36-37
• 3.3.6 网络接口电路设计37-38
• 3.3.7 JTAG调试电路和复位电路设计38-39
• 3.3.8 电源电路设计39-40
• 3.3.9 嵌入式硬件的PCB设计40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 4 嵌入式系统软件的核心算法设计42-74
• 4.1 嵌入式系统软件的结构及功能简介42-44
• 4.1.1 软件的结构组成42-43
• 4.1.2 软件的启动流程43-44
• 4.2 嵌入式LINUX系统的移植44-48
• 4.2.1 引导程序BootLoader的移植44-45
• 4.2.2 内核的移植45-47
• 4.2.3 根文件系统的生成47-48
• 4.3 驱动程序的加载48-50
• 4.3.1 驱动程序简介48-49
• 4.3.2 驱动程序基本组成49-50
• 4.3.3 驱动程序开发步骤50
• 4.4 应用程序的数据处理算法实现50-70
• 4.4.1 信号的预处理方法52-54
• 4.4.2 数字滤波器的设计54-63
• 4.4.3 数据处理结果63-68
• 4.4.4 信号的特征提取68-70
• 4.5 系统可靠性实验分析70-73
• 4.5.1 实验方案设计70-71
• 4.5.2 实验结果分析71-73
• 4.6 本章小结73-74
• 5 睡眠分期算法研究74-86
• 5.1 睡眠分期相关知识74-75
• 5.2 模糊逻辑相关知识75-77
• 5.3 睡眠分期算法研究77-81
• 5.4 测试结果及分析81-84
• 5.5 本章小结84-86
• 6 总结和展望86-88
• 6.1 工作总结86
• 6.2 展望86-88
• 参考文献88-90
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果90-94
• 学位论文数据集94

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：729676