便携式台阶试验测试仪的设计与实现
发布时间：2022-12-17 17:37
近年来,随着人们生活质量的不断提高,便携式健康监测设备得到快速发展且需求量显著提升。台阶试验是一项在全球广泛使用的运动负荷试验,通过该试验得到的评定指数可以反映受测人员的心血管系统机能状况。台阶试验已在我国体育部门和学校体育中广泛应用,是《学生体质健康标准》测试内容中的重要一项。然而目前市场上的台阶试验测试仪却没能实现整个测试过程的自动化,人工监测导致台阶试验难以实施,并且测试结果的准确度低。基于上述的背景,本文设计实现一种便携式台阶试验测试仪。通过分析测试仪需要实现的功能,设计系统的实现方案,着重分析比较运动模式识别算法,以确定上下台阶运动的识别监测方法。以STM32F103为核心处理单元,MPU6050为运动数据采集模块,并配合光电式脉搏传感器模块、外接键盘、蓝牙模块等搭建了系统的硬件平台。将采集到的加速度数据通过预处理后,用于台阶运动的阈值判决,其中阈值的大小根据测试仪实际佩戴过程中的倾斜角度进行自适应地调整,而倾斜角度利用四元数进行姿态解算来获取。测试仪最终将测试结果通过蓝牙模块发送到PC端,并保存到数据库中。PC端开发了一个台阶试验数据管理系统,该系统具有简洁的人机交互界面,...
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.3 研究的主要内容
1.4 本章小结
第二章 便携式台阶试验测试仪的方案设计
2.1 台阶试验步骤及测试要求
2.2 运动识别方法比较与算法设计
2.2.1 运动识别方法的比较
2.2.2 运动识别算法的设计
2.3 系统方案设计
2.4 本章小结
第三章 系统硬件设计与实现
3.1 系统硬件组成
3.2 传感器模块的设计
3.2.1 惯性传感器模块设计
3.2.2 脉搏传感器模块设计
3.3 其他外围器件的设计
3.3.1 外接键盘设计
3.3.2 无线通信模块设计
3.4 本章小结
第四章 系统软件设计与实现
4.1 运动数据的采集与发送
4.2 噪声分析与数据处理
4.2.1 传感器的校正
4.2.2 去除重力加速度的影响
4.2.3 噪声对判决算法的影响分析
4.3 测试仪倾角的测量
4.4 台阶运动的识别监测
4.4.1 利用台阶运动的特征改进判决算法
4.4.2 自适应阈值的选取
4.4.3 台阶运动的监测过程
4.5 脉搏的计数
4.6 键盘输入算法的设计
4.7 数据的蓝牙发送与帧格式
4.8 本章小结
第五章 台阶试验数据管理系统
5.1 数据管理系统功能介绍
5.1.1 串口数据的接收
5.1.2 数据库的连接
5.1.3 生成数据分析报表
5.2 数据管理系统的实现方法
5.3 本章小结
第六章 系统的测试与改进
6.1 测试方法及结果
6.2 测试结果分析
6.3 系统优化方案
6.4 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 论文工作总结
7.2 展望
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于三轴加速度传感器的自适应计步器的实现[J]. 晏勇,雷航,周相兵,梁潘. 东北师大学报(自然科学版). 2016(03)
[2]基于Android的人体运动计步器系统的设计与实现[J]. 胡东旭,蔡文超. 电脑知识与技术. 2016(15)
[3]基于多传感器信息融合的机器人姿态测量系统[J]. 杨丹,刘小平,胡凌燕. 计算机工程与设计. 2016(06)
[4]基于四元数的低成本姿态测量系统设计[J]. 陈建翔,万子敬,王向军. 传感技术学报. 2016(05)
[5]基于三轴加速度传感器的人体运动识别[J]. 李锋,潘敬奎. 计算机研究与发展. 2016(03)
[6]台阶试验负荷误差控制的初步研究[J]. 苏宇. 当代体育科技. 2015(28)
[7]基于四元数改进型互补滤波的MEMS姿态解算[J]. 陈孟元,谢义建,陈跃东. 电子测量与仪器学报. 2015(09)
[8]可穿戴及便携式设备在健康医疗领域的应用分析[J]. 寿文卉,王义,王博,周贤波,许利群. 互联网天地. 2015(08)
[9]基于四元数解算陀螺仪姿态角算法的实现[J]. 关越魏,何波贤,于仁清,丁广威. 电脑编程技巧与维护. 2015(09)
[10]基于加速度传感器的放置方式和位置无关运动识别[J]. 侯仓健,陈岭,吕明琪,陈根才. 计算机科学. 2014(10)
硕士论文
[1]基于三轴加速度传感器的老年人跌倒监测系统的开发[D]. 闫俊泽.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：3720354
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.3 研究的主要内容
1.4 本章小结
第二章 便携式台阶试验测试仪的方案设计
2.1 台阶试验步骤及测试要求
2.2 运动识别方法比较与算法设计
2.2.1 运动识别方法的比较
2.2.2 运动识别算法的设计
2.3 系统方案设计
2.4 本章小结
第三章 系统硬件设计与实现
3.1 系统硬件组成
3.2 传感器模块的设计
3.2.1 惯性传感器模块设计
3.2.2 脉搏传感器模块设计
3.3 其他外围器件的设计
3.3.1 外接键盘设计
3.3.2 无线通信模块设计
3.4 本章小结
第四章 系统软件设计与实现
4.1 运动数据的采集与发送
4.2 噪声分析与数据处理
4.2.1 传感器的校正
4.2.2 去除重力加速度的影响
4.2.3 噪声对判决算法的影响分析
4.3 测试仪倾角的测量
4.4 台阶运动的识别监测
4.4.1 利用台阶运动的特征改进判决算法
4.4.2 自适应阈值的选取
4.4.3 台阶运动的监测过程
4.5 脉搏的计数
4.6 键盘输入算法的设计
4.7 数据的蓝牙发送与帧格式
4.8 本章小结
第五章 台阶试验数据管理系统
5.1 数据管理系统功能介绍
5.1.1 串口数据的接收
5.1.2 数据库的连接
5.1.3 生成数据分析报表
5.2 数据管理系统的实现方法
5.3 本章小结
第六章 系统的测试与改进
6.1 测试方法及结果
6.2 测试结果分析
6.3 系统优化方案
6.4 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 论文工作总结
7.2 展望
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于三轴加速度传感器的自适应计步器的实现[J]. 晏勇,雷航,周相兵,梁潘. 东北师大学报(自然科学版). 2016(03)
[2]基于Android的人体运动计步器系统的设计与实现[J]. 胡东旭,蔡文超. 电脑知识与技术. 2016(15)
[3]基于多传感器信息融合的机器人姿态测量系统[J]. 杨丹,刘小平,胡凌燕. 计算机工程与设计. 2016(06)
[4]基于四元数的低成本姿态测量系统设计[J]. 陈建翔,万子敬,王向军. 传感技术学报. 2016(05)
[5]基于三轴加速度传感器的人体运动识别[J]. 李锋,潘敬奎. 计算机研究与发展. 2016(03)
[6]台阶试验负荷误差控制的初步研究[J]. 苏宇. 当代体育科技. 2015(28)
[7]基于四元数改进型互补滤波的MEMS姿态解算[J]. 陈孟元,谢义建,陈跃东. 电子测量与仪器学报. 2015(09)
[8]可穿戴及便携式设备在健康医疗领域的应用分析[J]. 寿文卉,王义,王博,周贤波,许利群. 互联网天地. 2015(08)
[9]基于四元数解算陀螺仪姿态角算法的实现[J]. 关越魏,何波贤,于仁清,丁广威. 电脑编程技巧与维护. 2015(09)
[10]基于加速度传感器的放置方式和位置无关运动识别[J]. 侯仓健,陈岭,吕明琪,陈根才. 计算机科学. 2014(10)
硕士论文
[1]基于三轴加速度传感器的老年人跌倒监测系统的开发[D]. 闫俊泽.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：3720354
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/yiqiyibiao/3720354.html
