人体环境多物理量信息采集系统

发布时间：2020-10-15 03:20

　　 随着国内老龄化的加速,人们的观念逐渐从疾病治疗转变为健康养生和医疗预防,从而推动国内外关于运动健身型和医疗监测型可穿戴设备的研究和发展,能够实时监测人体环境物理信息的移动设备具有一定的前景。然而基于传统传感器的人体环境监测系统仍有许多的不足和缺点,如供能、体积、材料坚硬等等。同时,微纳技术的突飞猛进,制备具有柔性透明、自供电和体积小等特性的新型传感器将成为可能。本文即在此背景下,提出了一种基于TENG(摩擦纳米发电机)传感器的人体环境多物理量信息采集系统。本系统将制备完成的TENG传感器放置在人体足部,人体在行走时,促使TENG接触分离并产生周期性波形,波形经过预处理后传到STM32单片机中进行信息采集,能够计算出人体步伐频率、步数、步态、行走距离、热量消耗等多物理量信息,通过无线传输模块传到上位机中进行存储和显示。经过测试验证,设计完成的系统所测量的步数和行走距离略高于实际,步态识别准确率大约在65%左右,有很大的改进空间,基本满足设计要求。本系统的主要工作包括:TENG传感器的设计与加工。本文采用接触分离式TENG作为本系统的传感器,选择PDMS和PET作为摩擦层以及ITO作为输出电极。经过COMSOL软件的仿真验证后,使用实验室的设备进行加工和制备,获得了一种柔性、透明以及自供电的传感器。TENG传感器与人体信息的实验。通过了解TENG输出波形的相关特性,选择了人体步态作为本文中最主要的测量对象。将TENG置于足底,在人体行走或者跑步时,记录TENG传感器的输出波形,最终得出了该传感器与人体步伐信息的相关关系。同时,用该传感器采集关节弯曲的信息——输出峰值与弯曲程度成正比。人体环境多物理量采集系统的搭建。为了解决高电压、低电流以及采集有效信息的问题,设计了预处理模块对TENG输出波形进行处理;处理后的波形传到单片机中,捕获上升沿并计算步态信息;步态信息通过ZigBee模块传到上位机中,使用Qt软件设计的界面进行数据存储和显示功能。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH77;TP212
【部分图文】：

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本文编号：2841611