穿戴式多生命体征信息监测系统的研究与设计

摘要

我国是世界上人口老龄化程度较高的国家之一，老年人口数量最多，老龄化速度最快，老年人的身体健康问题将会是我国未来几十年里持续关注的一个重点问题。与此同时现代社会青年人压力大，工作强度高，饮食不规律爱熬夜等多重因素导致了众多青年人处于一种亚健康的状态。因此，设计出一款可长时间监测老年人或者是青年人生命体征信息的系统，能帮助他们早日发现身体异样，及时投入治疗或者提醒自身加强锻炼。所以，本文对比国内外已有的监测设备结合现有的可穿戴技术、微电子技术、无线通信技术、传感器技术等设计一款可长时间监测人体体温、脉搏、呼吸和血压四大生命体征信息的可穿戴系统。该系统可提前预警人们的身体异样，从而及时就医改善身体状况。论文的具体工作如下：　　1、对国内外可穿戴医疗监护设备的研究现状进行分析和总结。介绍可穿戴医疗设备的发展方向以及一些关键技术。阐述多生命体征信号的产生机理，提出相应的测量手段。　　2、提出系统的总体方案并进行软硬件的设计。使用模块化的设计方法分别设计了体温检测模块、心电和呼吸检测模块以及脉搏检测模块还有低功耗的蓝牙传输模块。进行系统的软件设计，包括系统的整体运行，各模块的初始化操作以及信号的采集传输，蓝牙通信以及手机APP数据显示。　　3、对采集的生理信号进行去噪处理并获取信号的特征值。采用FIR低通滤波去来去除心电、呼吸和脉搏的高频和工频干扰；提出快速中值滤波法来消除心电、呼吸和脉搏信号的基线漂移；提出逐点标记法来检测呼吸信号的极大值点并计算出呼吸率；最后采用差分阈值法提取出心电信号的R波和脉搏波的极大值，计算出心率和PWTT并最终计算出血压。　　4、参照已有的医疗设备和本系统设计对比实验。对系统采集的各类信号通过计算得出的体温值、心率值、呼吸率还有血压等参数同时对比GT6800-10多参数心电监护仪和BNT100红外电子体温枪的测量结果。对实验结果进行相关性分析，结果表明本系统可满足日常生命体征信息监测的需求。

目录

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 可穿戴设备的关键技术

1.3.1 无线通信技术

1.3.2 传感器技术

1.3.3 电源管理技术

1.4 主要研究内容及结构安排

第二章 多生命体征信息的产生机理与检测方法

2.1 多生命体征信息的产生机理及信号检测

2.1.1 体温信号产生机理与检测方法

2.1.2 呼吸信号产生机理与检测方法

2.1.3 心电信号产生机理与检测方法

2.1.4 脉搏信号产生机理与检测方法

2.1.5 血压信号产生机理与检测方法

2.2 系统总体方案设计

2.3 本章小结

第三章 多生命体征信息检测系统的硬件设计

3.1 体温信号采集模块硬件设计

3.2 呼吸与心电信号采集模块硬件设计

3.2.1 ADS1292R芯片简介

3.2.2 呼吸信号采集电路设计

3.2.3 心电信号采集电路设计

3.3 脉搏信号采集模块硬件设计

3.4 控制与数据传输模块硬件设计

3.5 本章小结

第四章 信号的分析处理与系统的软件设计

4.1 软件系统整体设计

4.2 人体体温信号软件设计

4.3 心电与呼吸采集模块软件设计

4.3.1 心电信号噪声去除

4.3.2 呼吸信号的噪声去除

4.3.3 心率值的计算

4.3.4 呼吸率的计算

4.4 脉搏信号采集模块软件设计

4.4.1 脉搏波的信号的处理

4.4.2 脉搏波信号特征点的提取

4.4.3 血压的计算

4.5 数据的存储与发送

4.6 本章小结

第五章 系统的测试与结果分析

5.1 穿戴衣的设计

5.2 生命体征信号的准确性测试

5.2.1 体温信号测试实验

5.2.2 心率值与呼吸率测试结果分析

5.2.3 血压测试结果分析

5.3 手机蓝牙接收数据测试

5.4 系统的功耗分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间参与的项目以及获得的荣誉

致谢

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