基于BSN的人体多生理参数监测系统研究

发布时间：2017-09-20 02:28

  本文关键词：基于BSN的人体多生理参数监测系统研究

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【摘要】：全球人口老龄化加剧给紧张的社会医疗资源带来了挑战,为了缓解人们的健康监护需求,尤其是康复患者和老龄人群,本文设计了一多生理参数监护系统,可以实现对患者连续实时的健康监护和自然直观的人机交互,减轻医生的工作。本文结合电子和计算机技术、无线通信技术和信号处理技术,以人体传感器网络为依托,进行监护系统的设计。采用心电电极、血氧饱和度探头和温度传感器等采集人体多个生理参数,通过低功耗蓝牙(Bluetooth Low Energy,BLE)技术将多个生理参数检测节点同Android智能终端相连,形成一主多从的星形网络结构,实时的传输生理参数数据到Android终端,然后进行数据的处理、显示与储存。文章详细阐述了心电信号和血氧饱和度的检测原理和方法,为了满足便携式监护的需求,采用单导联系统检测心电信号;为了减少血氧饱和度检测过程中对人的日常活动的影响,采用反射式设计,它区别于传统的透射式测量方法,可以在人体的多个部位进行测量,灵活性更好。针对反射式血氧检测得到的光电容积脉搏波信号个体差异大且不稳定的特点,本文设计了适用性更强的血氧饱和度计算算法,其阈值通过自适应学习得到,测试结果表明了该算法的可行性。针对传统傅里叶变换对时变信号处理的不足,研究了小波变换在脉搏波信号和心电信号去噪中的应用。本文研究了BLE协议栈结构,重点分析了与开发联系紧密的GAP层和GATT层的功能,并研究了与功耗相关的重要参数的设定。由此设计了基于CC2540的蓝牙4.0通信模块,包括体温监测模块,血氧饱和度监测模块和心电监测模块。完成了各个模块与Android移动终端的低功耗蓝牙通信连接和数据交互的程序设计。Android移动终端是人体传感器网络的网关节点,介绍了低功耗蓝牙Android上编程实现的主要函数和具体步骤,设计了低功耗蓝牙通信程序、生理参数信号去噪处理程序、心电图绘制程序等程序模块,以构成Android客户端应用程序。最后,对系统的通信距离和传输速率、功耗和准确性等方面做了测试,结果表明系统运行良好,能够满足检测需求。本文实现了心电、脉搏、血氧饱和度和体温等生理参数的采集,人体传感器网络数据通信,Android平台信号处理和显示存储等各项功能。可用于社区家庭的健康监护,具有检测方便、交互性和拓展性强、功耗低成本低等优势。对于推动便携式健康监护设备的普及,提高人们生活质量,缓解紧张的社会医疗资源,意义重大。
【关键词】：低功耗蓝牙 Android 生理参数 人体传感器网络
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH789
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-17
• 第一章 绪论17-23
• 1.1 研究背景与意义17-18
• 1.2 国内外研究现状与发展趋势18-21
• 1.2.1 研究现状18-20
• 1.2.2 发展趋势20-21
• 1.3 本文的主要研究内容21-22
• 1.4 本论文的结构安排22-23
• 第二章 人体多生理参数监测技术基础23-36
• 2.1 血氧饱和度测量原理23-27
• 2.1.1 血氧饱和度的定义23
• 2.1.2 血氧饱和度的测量方法23-27
• 2.2 心电信号检测原理27-29
• 2.2.1 心电信号简介27-28
• 2.2.2 心电导联体系28-29
• 2.3 小波变换信号分析原理29-33
• 2.3.1 小波变换定义29-31
• 2.3.2 快速小波变换及多分辨率分析31-33
• 2.4 Android系统概述33-35
• 2.4.1 Android软件栈架构33-35
• 2.4.2 Android开发基本组件35
• 2.4.3 Android开发环境35
• 2.5 本章小结35-36
• 第三章 生理参数监测系统的设计36-47
• 3.1 人体多生理参数监测系统方案设计36-40
• 3.1.1 多生理参数监测系统的需求分析36
• 3.1.2 BSN监测系统的无线通信方案选择36-38
• 3.1.3 生理参数检测系统整体结构设计38-40
• 3.2 心电信号采集节点设计40-42
• 3.3 血氧脉搏采集节点设计42-44
• 3.4 体表温度采集节点设计44-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第四章 低功耗蓝牙 4.0 模块的详细设计47-69
• 4.1 低功耗蓝牙BSN组网通信实现47-55
• 4.1.1 低功耗蓝牙协议栈的应用47-53
• 4.1.1.1 通用访问配置文件48-50
• 4.1.1.2 通用属性配置文件50-52
• 4.1.1.3 低功耗蓝牙拓扑结构52-53
• 4.1.2 低功耗蓝牙开发设计53-55
• 4.1.2.1 低功耗蓝牙芯片选型53-54
• 4.1.2.2 CC2540开发和调试环境54-55
• 4.2 脉搏波检测节点软件详细设计55-65
• 4.2.1 基于OSAL的BLE软件开发55-58
• 4.2.2 AFE4400与CC2540通信设计58-61
• 4.2.3 AFE4400的复位操作61
• 4.2.4 数据采集完成标志61-62
• 4.2.5 AFE4400驱动信号及AD转换过程时序配置62-63
• 4.2.6 LED驱动方式和环境光消除63-65
• 4.3 心电检测节点软件详细设计65-67
• 4.3.1 心电信号的数据采样65-66
• 4.3.2 心电信号数据封装与校验66
• 4.3.3 心电监测节点的软件流程66-67
• 4.4 体温监测节点软件详细设计67-68
• 4.5 本章小结68-69
• 第五章 生理参数信号处理及算法设计69-84
• 5.1 心电信号预处理69-74
• 5.1.1 心电信号基线漂移的滤除70-72
• 5.1.2 工频干扰和肌电干扰滤除72-74
• 5.2 心电信号QRS波识别74-79
• 5.3 脉搏波信号预处理79-80
• 5.4 脉率和血氧饱和度值计算80-83
• 5.5 本章小结83-84
• 第六章 Android软件详细设计及测试84-100
• 6.1 Android低功耗蓝牙通信编程实现84-86
• 6.2 Android终端软件程序类详细设计86-88
• 6.3 生理参数信号处理的软件实现88-89
• 6.4 心电信号绘图的实现89-91
• 6.5 测试分析91-99
• 6.5.1 测试环境及操作步骤91-93
• 6.5.2 传感器节点功耗测试93-94
• 6.5.2.1 测试环境条件93-94
• 6.5.2.2 测试结果分析94
• 6.5.3 通信距离和速度测试94-96
• 6.5.3.1 测试环境条件94-95
• 6.5.3.2 测试结果分析95-96
• 6.5.4 血氧饱和度和脉率准确性测试96-97
• 6.5.5 生理参数监测曲线测试97-99
• 6.5.5.1 测试条件98
• 6.5.5.2 结果分析98-99
• 6.6 本章小结99-100
• 第七章 全文总结与展望100-102
• 7.1 全文总结100-101
• 7.2 后续工作展望101-102
• 致谢102-103
• 参考文献103-107
• 攻读硕士学位期间取得的成果107-108

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 轩运动;赵湛;方震;杜利东;耿道渠;史要红;;基于无线体域网技术的老人健康监护系统的设计[J];计算机研究与发展;2011年S2期

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本文编号：885376