可穿戴生命体征监测系统

发布时间：2021-03-06 14:44

血压、脉搏、体温和呼吸是维持机体正常活动的支柱,是人体最重要的生命体征参数,准确方便地监测这四大生命体征参数对病人和医护工作人员有着十分重要的意义。现阶段,多参数生理监护仪虽然功能强大,但是具有专业性强,普通人难操作;体积大,不方便携带;价格贵,一般家庭难以承受等缺点。所以,开发一种小型化,操作简单,方便穿着携带的监测设备,成为当下监测设备发展的趋势。国务院发布的《中国制造2025》中已明确将可穿戴医疗设备定为重点发展的领域。基于以上背景,本文设计了一款可穿戴生命体征监测系统。本论文的主要内容有以下几个方面:(1)在体征参数的测量原理上分别利用示波法测量血压和脉搏,利用集成温度传感器法测量体温,利用光电容积脉搏波描记法测量呼吸。在系统的传感器硬件上,本系统选用台湾全磊公司生产的医用MPS-2107压力传感器作为血压、脉搏传感器,美信半导体公司生产的DS18B20数字式传感器作为体温传感器,合肥华科电子研究所研制的透射式光电传感器HKG-07作为呼吸传感器。(2)本系统采用高性能的AVR控制器—ATmega32作为系统的核心控制芯片,完成对测量过程的自动控制与调节,然后用LCD1602液晶屏将血压、脉搏、体温和呼吸参数显示出来,方便患者用户的直接观察。同时本监测系统利用ZigBee这一无线数据传输技术将监测设备终端与C#编写的上位机患者综合信息系统结合在一起,实现了可穿戴设备的无线化,网络化。通过采用SQL Server数据库,合理设计患者信息数据操作界面,实现对患者的各项信息添加、查看、修改、删除,从而对患者的健康状况情况进行有效的跟踪。(3)本文详细论述了呼吸信号采集模块中所使用的改进型呼吸频率计算方法。针对传统的快速傅里叶变换法在计算脉搏波信号频谱的时候存在的问题,提出了采用基于S-G滤波的加窗插值FFT算法,该算法能够有效滤除微弱信号中夹杂的噪声,同时能在非同步采样的时候,有效减小由于频谱泄漏和栅栏效应导致的频谱误差,大大提高了呼吸频率的计算精度。经实验证明,该系统具有体积小、成本低、稳定性强、准确度高等优点,可以广泛应用到家庭监护中去,方便患者去了解自己的健康状况,也可以应用到社区的医疗监护体系中去,降低社区医院的运行成本,减轻医护人员的工作量。最后,对本次可穿戴生命体征监测系统的研究和设计进行了总结,提出了下一步的改进措施,希望对未来可穿戴监护设备的进一步研究提供一些参考意义。
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH789

文章目录

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外的研究现状

1.2.1 国外的研究现状

1.2.2 国内的研究现状

1.3 论文的主要研究内容与结构安排

第二章生命体征的相关理论及其测量技术研究

2.1 血压的相关理论与测量技术

2.2 脉搏的相关理论与测量技术

2.3 体温的相关理论与测量技术

2.4 呼吸的相关理论与测量技术

2.5 无线网络数据传输技术

2.6 本章小结

第三章可穿戴生命体征监测系统的硬件设计

3.1 血压、脉搏采集模块电路设计

3.2 体温采集模块电路设计

3.3 呼吸采集模块电路设计

3.4 电源控制电路

3.5 AVR单片机及其外围电路

3.5.1 LCD液晶显示电路

3.5.2 调试电路

3.5.3 串口通信电路

3.5.4 气泵和气阀电路

3.6 CC2530无线传输模块

3.7 本章小结

第四章可穿戴生命体征监测系统的软件设计

4.1 串口通信模块程序设计

4.2 血压、脉搏模块程序设计

4.3 体温模块程序设计

4.4 呼吸模块程序设计

4.4.1 Savitzky-Golay滤波器

4.4.2 快速傅里叶变换理论

4.4.3 加窗插值FFT分析

4.5 ZigBee无线传输模块开发环境与软件设计

4.5.1 ZigBee软件开发环境

4.5.2 ZigBee无线传输网络程序设计

4.6 上位机监护界面

4.7 本章小结

第五章可穿戴生命体征监测系统测试与结果分析

5.1 体温信号的采集与分析

5.2 血压、脉搏信号的采集与分析

5.3 呼吸信号的采集及分析

5.4 本章小结

第六章总结与展望

6.1 全文总结

6.2 课题研究展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果

致谢

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