基于ARM的老年人跌倒与连续血压检测系统设计

摘要

众所周知，我国社会正在逐渐步入老龄化，老年人口比例日益增加，同时许多独生子女选择异地工作和生活，这就导致了大量老年人空巢。于是，老年人的安全监护越来越成为一个突出的社会问题。
　　 在老年人的日常护理中尤其要注意的是避免老年人因为发生跌倒而导致严重的伤残。因为随着年龄的增长，老年人的身体机能逐渐下降并伴随多种老年性疾病，使之比年轻人更加容易发生跌倒，也更加容易由于跌倒而造成危及生命的严重后果。所以，当老年人特别是独居老人发生跌倒时能否得到及时的救助是至关重要的。在这个研究领域中最为关键的技术就是老年人的跌倒检测技术。在老年人的日常监护中，血压是评估老年人身体健康状态的一项重要的生理指标，尤其是连续血压检测，能够以其独特的优势来为医疗人员评估老年人身体状况特别是心脑血管情况提供更好的依据。资料显示，连续血压检测在心脑血管疾病早期诊断和治疗过程中都具有十分重要的作用。
　　 本文设计了一种基于ARM嵌入式处理器的老年人跌倒检测与连续血压检测系统。运用了一种新型MEMS传感器MPU6050，利用传感器中集成的两个同轴的加速度和角速度传感器对人体运动行为和姿态进行检测。通过预设阀值，将角速度和加速度变化程度进行综合判断，由人体静止后姿态进行最终的跌倒判定。同时本文设计了一个基于脉搏波传导时间(PTT)的连续血压检测方法，通过对经典理论的分析并简化，得到PTT与人体动脉血压的关系式，并设计了一个对关系式中参数进行标定的方法。通过同步检测心电信号和指端红外脉搏波信号计算PTT，将计算所得PTT与医用血压计实际测量的血压值进行比较分析，来对系统参数进行标定，最终利用标定好的参数对佩戴者的血压进行连续测量。
　　 本文详细阐述下列内容:
　　 (1)系统总体方案设计，包括:系统设计目标，系统的硬件平台设计，操作系统选择;
　　 (2)跌倒检测算法，包括:人体跌倒原因及特点，跌倒检测技术的研究，基于穿戴式传感器的日常行为对比，最后建立本文的跌倒检测算法;
　　 (3)连续血压检测方法，包括:脉搏波形成原理，影响脉搏波波速的原因，脉搏波传导时间定义及测量方法，脉搏波传导时间与血压的关系，以及系统参数标定方法;
　　 (4)系统程序设计，包括:基于Linux的系统开发环境搭建，系统驱动程序设计，运动信号采集模块程序设计，跌倒检测程序设计，心电及脉搏信号程序滤波，心电及脉搏信号特征点提取，PTT与血压值的计算，以及基于Qt的用户图形界面开发;
　　 本文所设计的系统能够对老年人的跌倒进行检测，以此来减少跌倒对老年人所造成的伤害。同时，系统日常记录的血压信息又为医生对监护对象健康状况的判断提供了非常有效的参考信息。本文设计的系统对老龄化社会的老年人监护具有非常重要的意义。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 研究现状及存在问题

1．2．1 人体跌倒检测的研究现状

1．2．2 连续血压检测的研究现状

1．3 本课题主要研究内容

第2章 系统总体方案设计

2．1 系统设计目标

2．2 系统硬件方案设计

2．2．1 主控制器选择

2．2．2 扩展模块设计

2．2．3 2．4G无线模块

2．2．4 运动信号采集电路

2．2．5 生理信号采集电路

2．3 操作系统选择

2．4 本章小结

第3章 系统理论分析与算法设计

3．1 人体跌倒检测算法

3．1．1 人体跌倒原因及特点

3．1．2 跌倒检测技术研究

3．1．3 基于穿戴式传感器的人体日常行为对比

3．1．4 跌倒检测算法建立

3．2 基于脉搏波传播时间的连续血压分析方法

3．2．1 脉搏波的形成

3．2．2 影响脉搏波传播速度的原因

3．2．3 脉搏波传导时间的测量方法

3．2．4 脉搏波传导时间与血压的关系

3．2．5 系统参数的标定

3．3 本章小结

第4章 系统程序实现

4．1 嵌入式Linux系统开发环境搭建

4．1．1 建立Linux开发环境

4．1．2 引导加载程序移植

4．1．3 内核选择编译移植

4．1．4 根文件系统制作

4．2 驱动程序设计

4．2．1 Linux设备驱动概述

4．2．2 Linux系统驱动程序开发流程

4．2．3 A／D接口驱动设计

4．2．4 NRF24L01驱动设计

4．3 运动信号检测程序设计

4．3．1 设备初始化

4．3．2 读取MPU6050数据

4．3．3 中断处理与数据打包

4．3．4 通过nRF24L01模块发送数据

4．4 人体跌倒检测程序设计

4．5 基于脉搏波传播时间的连续血压检测程序设计

4．5．1 心电及脉搏信号程序滤波

4．5．2 心电及脉搏信号特征点提取

4．5．3 PTT与血压值的计算

4．6 基于Qt的用户图形界面开发

4．6．1 常见的嵌入式Linux中的GUI

4．6．2 Qt-Embedded-4．8．4的移植

4．6．3 建立Qt Creator开发环境

4．6．4 使用Qt Creator创建Qt4程序

4．6．5 交叉编译

4．6．6 移植到目标板

4．6．7 系统运行界面

4．7 本章小结

总结展望

参考文献

致谢

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