可穿戴多生理参数监护节点及其关键技术研究

发布时间：2017-08-19 02:16

  本文关键词：可穿戴多生理参数监护节点及其关键技术研究

  更多相关文章： 多生理参数 时域滤波-相似度选择计步算法 硬件微分-斜率检测心率计算方法

【摘要】：进入21世纪,中国人口老龄化日益加剧,老年人的健康及安全已经成为社会关注的热点。监测老年人生理信息和运动情况,确保老年人的健康及安全,具有很好的实用价值。本论文结合国内外可穿戴监护设备的现状,设计了一套由计步节点、心率节点和汇聚节点组成的可穿戴多生理参数监护节点。计步节点的设计。计步节点包含了计步功能和GPS定位功能,针对计步功能,分析了加速度信号波形,对比了中值滤波、均值滤波和形态学滤波的算法滤波效果,发现各算法滤波后的平滑程度不好,中值滤波和均值滤波的波形存在基线漂移,因此结合这三种方法,设计了融合滤波的算法,能够去除基线漂移,平滑度指标较好,易于步伐的判定;分析了加速度波形的特征,对比了阈值判定和峰值判定算法的判定效果,发现阈值判定算法和峰值判定算法容易误判和漏判,从而创新的提出了相似度选择判定算法,通过加速度信号和标准信号的相似程度来识别步伐数,利用改进的峰值算法,通过波峰波谷差值的阈值条件能有效的减小噪声干扰,能有效地减少漏判率到5%以下。心率节点的设计。心率节点包含了心率检测功能、蓝牙通信功能和显示功能,针对心率检测功能,分析了脉搏波采样电路易受外界光干扰的特点,对比了脉搏信号和一阶微分信号,发现微分信号能够反应脉搏波变化的特点,且波形较稳定,易于检测,为了减少软件耗时,采用硬件微分设计;分析的脉搏波信号的特征点,比较了峰值识别和阈值识别的特征点识别方法,发现峰值识别会误判,阈值识别会漏判或误判,从而提出了一种基于微分信号的斜率检测的算法,以微分信号下降沿上的特征点快速计算心率。汇聚节点的设计。汇聚节点包含了数据处理功能、短信发送功能和GPRS数据通信功能。分析了单片机的工作特点,发现任务较多时,实时性较差,因此设计了并行处理任务的实时系统,能够提高系统的实时性。本论文研发了可穿戴多生理参数监护节点,提出了时域滤波-相似度选择的计步算法,实时性好,使用72%的相似度,计步检测准确度能够达到90%以上;提出了硬件微分-斜率检测心率计算方法,计算简单,计算值与实际值基本一致;整个系统运行稳定。除此之外,本论文设计的设备具有成本低、检测方便、可扩展等优点,可应用于行为不便的老年人的健康监护和病人的术后康复等。
【关键词】：多生理参数 时域滤波-相似度选择计步算法 硬件微分-斜率检测心率计算方法
【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】：R197.39
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-14
• 第1章 引言14-24
• 1.1 研究背景及意义14-15
• 1.2 国内外研究现状15-20
• 1.3 本论文的主要研究内容20-22
• 1.4 论文的结构安排22-24
• 第2章 计步节点的设计24-46
• 2.1 计步节点硬件组成及功能实现24-25
• 2.2 计步原理和算法设计25-39
• 2.2.1 加速度传感器25-26
• 2.2.2 加速度计步原理26-28
• 2.2.3 加速度信息采集模块28-30
• 2.2.4 人体运动加速度信号的预处理30-35
• 2.2.5 步伐判定算法的设计35-38
• 2.2.6 计步监测任务流程图38-39
• 2.3 核心处理器模块39-41
• 2.4 GPS定位模块41-44
• 2.4.1 GPS系统的组成和定位原理41-42
• 2.4.2 GPS模块简介和硬件接口设计42-44
• 2.5 电源模块44-45
• 2.6 本章总结45-46
• 第3章 心率节点的设计46-63
• 3.1 心率节点的硬件组成及功能实现46-47
• 3.2 脉搏波检测的硬件设计和算法设计47-56
• 3.2.1 心率/脉搏的介绍47-48
• 3.2.2 心率信号监测原理48-49
• 3.2.3 脉搏波信号采集电路49-52
• 3.2.4 脉搏波/心率算法的设计52-55
• 3.2.5 心率监测任务流程图55-56
• 3.3 核心处理器模块56-58
• 3.4 OLED显示屏模块58-59
• 3.5 短距离蓝牙通信模块59-61
• 3.5.1 蓝牙的介绍59
• 3.5.2 蓝牙通信模块硬件介绍和软件流程设计59-61
• 3.6 电源模块61-62
• 3.7 心率节点的硬件设计62
• 3.8 本章总结62-63
• 第4章 汇聚节点的设计63-78
• 4.1 多生理参数监护节点构架和汇聚节点的硬件组成63-64
• 4.2 汇聚节点的软件设计及相关技术介绍64-68
• 4.2.1 嵌入式系统的介绍和选择64-65
• 4.2.2 UCOSIII片上系统的结构65-66
• 4.2.3 汇聚节点软件设计原理66-67
• 4.2.4 汇聚节点软件设计过程67-68
• 4.3 GSM模块68-71
• 4.3.1 GSM模块的介绍及其硬件接口设计68-70
• 4.3.2 GSM电源设计70-71
• 4.4 短距离蓝牙通信模块71-72
• 4.5 多生理参数分节点间的协同控制72-77
• 4.6 汇聚节点的硬件设计77
• 4.7 本章小结77-78
• 第5章 可穿戴多生理参数监护节点的测试78-85
• 5.1 计步节点的测试78-81
• 5.1.1 计步节点测试78-81
• 5.1.2 GPS定位测试81
• 5.2 心率节点的测试81-83
• 5.3 汇聚节点的测试83-84
• 5.4 本章小结84-85
• 第6章 总结85-87
• 参考文献87-91
• 致谢91-92
• 攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果92

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李娜;高飞;;基于单片机的人体脉搏检测系统的设计[J];电子制作;2014年17期

2 王洪利;;全球四大卫星导航系统概述与比较[J];科技致富向导;2014年20期

3 李雯娟;陈睿;;基于物联网技术的智慧医疗系统及其建设策略研究[J];激光杂志;2014年05期

4 庞宇;邓璐;林金朝;李章勇;周前能;李国权;黄华伟;张懿;吴炜;;基于形态滤波的心电信号去除基线漂移方法[J];物理学报;2014年09期

5 张爱华;王平;丑永新;;基于动态差分阈值的脉搏信号峰值检测算法[J];吉林大学学报(工学版);2014年03期

6 黄土琛;宫辉;邵贝贝;;μC/OS-Ⅲ对任务调度的改进[J];单片机与嵌入式系统应用;2012年11期

7 岳振海;;GPS全球定位系统的应用[J];黑龙江交通科技;2011年10期

8 王淑华;;MEMS传感器现状及应用[J];微纳电子技术;2011年08期

9 刘光达;郭维;李肃义;蔡靖;包泽民;孙潇宇;;穿戴式人体参数连续监测系统[J];吉林大学学报(工学版);2011年03期

10 蒋伟平;蒋平;朱劲;王晓年;;基于卡尔曼滤波的动态脉搏波处理和脉率提取[J];计算机与现代化;2011年02期

，

本文编号：698095