头戴式生命体征参数采集装置的研究与实现

发布时间：2017-07-20 08:31

  本文关键词：头戴式生命体征参数采集装置的研究与实现

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【摘要】：近年来,随着生物传感技术和物联网技术的快速发展,可穿戴式健康监测系统已成为国内外研究的热点。传统的监测设备由于体积大,操作复杂,不便携带,使用受到限制。相比而言,可穿戴式设备具有体积小、重量轻、成本低、佩戴方便等特点,因而在健康监测方面具有广阔的发展空间。现代战争中,对士兵的健康状况更为重视,利用各种科技手段来减少士兵的伤亡率,以减少战争损失。快速的了解士兵的体征状态,对于指挥人员来说,便于及时进行作战部署;对于医护人员来说,便于及时抢救负伤士兵,从而减少士兵伤亡代价。本文对体征参数的检测算法进行了研究。对于心电R波定位,通过比较小波变换法和差分阈值法优缺点,选择使用运算量较小的差分阈值法对R波进行定位;根据脉搏波信号特点,采用逐点进行判别的方法,定位PPG信号的极大值点和极小值点,求出其直流分量和交流分量,再由血氧饱和度数学模型,计算出血氧饱和度;确定了由心电R波作为PWTT的起点,由PPG的一阶微分最大值点作为PWTT的终点来计算PWTT值,并通过对10名志愿者进行试验,利用最小二乘法确定了这10名志愿者的血压评估模型。本文研制了用于战场士兵的头戴式生命体征参数采集装置,该装置能够实现对士兵心率、血氧饱和度和血压这三种体征参数的实时监测。硬件装置包括硬件电路板和血氧采集头带。硬件电路以MSP430F1611单片机作为中央处理单元,该单片机对光频转换器发送来的信号进行捕获,获得双色光的两种PPG信号;单片机程序完成对心率、血氧饱和度和血压三种参数的计算,通过串口发送给蓝牙模块;蓝牙模块收到数据,通过模块天线发射出去。血氧采集头带是一根黑色的松紧带,头带中间固定有双色光LED和光频转换器,作为血氧探头,采集双色光PPG信号。通过对10名志愿者进行试验,实验结果表明,本装置心率检测的平均误差率在4%以内,血氧饱和度检测的平均误差率在3%以内,血压检测的收缩压和舒张压误差平均值在5mmHg以内,误差的标准差在7mmHg以内,三种参数的检测误差均满足本课题的设计要求。本文最后对体征信息采集装置的性能做了测试,装置的功耗为205mW,实现了低功耗的设计要求;经测试,装置的充放电功能正常。
【关键词】：体征参数监测 心电 血氧饱和度 血压 脉搏波传导延迟时间
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH789
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-13
• 注释表13-14
• 第1章 绪论14-19
• 1.1 穿戴式体征监测技术背景及意义14-15
• 1.2 国内外研究现状15-16
• 1.3 穿戴式体征监测技术的未来发展趋势16-17
• 1.4 本文主要研究内容及结构安排17-19
• 第2章 体征参数的检测原理及方案设计19-30
• 2.1 体征参数检测原理及方法19-28
• 2.1.1 心率检测19-22
• 2.1.2 血氧饱和度检测22-25
• 2.1.3 血压检测25-28
• 2.2 本文方案设计28-29
• 2.3 本章小结29-30
• 第3章 体征参数检测相关算法研究30-43
• 3.1 头部心电R波定位算法研究30-33
• 3.1.1 小波变换法30-31
• 3.1.2 差分阈值法31-33
• 3.2 头部血氧饱和度检测算法研究33-37
• 3.2.1 PPG信号的极大值点和极小值点定位33-35
• 3.2.2 PPG信号交流分量和直流分量的计算35-36
• 3.2.3 血氧饱和度的计算36-37
• 3.3 血压检测算法研究37-42
• 3.3.1 最小二乘直线拟合的基本原理37-38
• 3.3.2 三种PWTT实验方案效果分析38-39
• 3.3.3 无袖带连续血压模型的建立39-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第4章 体征信息采集装置的设计43-57
• 4.1 体征信息采集装置的硬件设计43-50
• 4.1.1 硬件总体设计43-44
• 4.1.2 血氧采集模块44-46
• 4.1.3 心电采集模块46-47
• 4.1.4 单片机处理模块47-48
• 4.1.5 蓝牙模块48-49
• 4.1.6 充电及电源管理模块49-50
• 4.2 体征信息采集装置的软件设计50-55
• 4.2.1 单片机软件设计50-55
• 4.2.2 蓝牙模块软件设计55
• 4.3 本章小结55-57
• 第5章 实验结果及装置性能测试57-66
• 5.1 实验及实验结果分析57-64
• 5.1.1 实验设备57-58
• 5.1.2 实验方法58-59
• 5.1.3 实验结果及误差分析59-64
• 5.2 体征信息采集装置的性能测试64-65
• 5.2.1 功耗测试64
• 5.2.2 充电功能测试64-65
• 5.3 本章小结65-66
• 第6章 总结与展望66-69
• 6.1 本文工作总结66-67
• 6.2 未来工作展望67-69
• 参考文献69-72
• 致谢72-73
• 攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果73

【参考文献】

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本文编号：567123