基于人體傳感器網(wǎng)絡(luò)的人體運(yùn)動(dòng)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、當(dāng)今世界,存在不少病、傷、殘者需要通過(guò)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練進(jìn)行康復(fù)治療,運(yùn)動(dòng)參量的量化監(jiān)控和運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)他們的康復(fù)治療非常重要。然而,我國(guó)現(xiàn)階段康復(fù)醫(yī)師人數(shù)少、康復(fù)費(fèi)用高使得很多肢體殘疾人無(wú)法獲得康復(fù)治療。由于社會(huì)結(jié)構(gòu)的變革,人口老齡化成為世界各國(guó)不得不面對(duì)的問(wèn)題。由于生理功能的逐漸退化,老年人運(yùn)動(dòng)能力下降,跌倒發(fā)生率變高。跌倒除了導(dǎo)致老年人死亡外,還帶來(lái)大量殘疾,并且影響老年人的身心健康。隨著人口老齡化的加劇,若不采取有效的措施,因老年人跌倒造成的

2、醫(yī)療負(fù)擔(dān)將越來(lái)越重。
　　 人體傳感器網(wǎng)絡(luò)(BodySensorNetwork,BSN)作為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)分支和物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分,集生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)于一體,具有精度高、監(jiān)測(cè)范圍小、微型化、低功耗、操作簡(jiǎn)單及使用安全等特點(diǎn),可以實(shí)時(shí)地對(duì)人體進(jìn)行生理信息和運(yùn)動(dòng)信息的監(jiān)測(cè),為測(cè)試者提供許多重要的量化信息,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)某些常見(jiàn)慢性疾病的早期監(jiān)測(cè)、早期預(yù)防和早期干預(yù),可廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、體育訓(xùn)練、日常活動(dòng)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)

3、域。此外,人體傳感器網(wǎng)絡(luò)也是家庭健康護(hù)理的一種實(shí)現(xiàn)形式,為遠(yuǎn)程醫(yī)療和家庭健康護(hù)理提供了一個(gè)嶄新的思路。
　　 基于上述研究背景,本研究以實(shí)現(xiàn)基于人體傳感器網(wǎng)絡(luò)的人體運(yùn)動(dòng)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)為目標(biāo),以低成本、低功耗、高度模塊化、高可靠性、高精度、穿戴方便等特點(diǎn)為設(shè)計(jì)指導(dǎo)原則,開(kāi)發(fā)了一套基于九軸無(wú)線傳感器平臺(tái)的人體運(yùn)動(dòng)監(jiān)護(hù)系統(tǒng),初步達(dá)到了實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)監(jiān)護(hù)的目的。本文所做的主要工作如下:
　　 1)構(gòu)建了基于九軸無(wú)線傳感器平臺(tái)的人體運(yùn)動(dòng)監(jiān)護(hù)系

4、統(tǒng),包括硬件、嵌入式軟件和上位機(jī)軟件。系統(tǒng)包含三軸加速度、三軸磁力計(jì)、三軸陀螺儀、nRF905無(wú)線收發(fā)器、MSP430F2418微控制器等模塊,可實(shí)時(shí)連續(xù)提供九自由度運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。
　　 2)設(shè)計(jì)正常人行走實(shí)驗(yàn),將Xsesns的MTx姿態(tài)追蹤器輸出作為參考信號(hào),以行走的加速度信號(hào)為例分析比較了運(yùn)動(dòng)傳感器常用數(shù)據(jù)濾波方法:中值濾波、低通濾波、小波包變換和卡爾曼濾波,初步的結(jié)果顯示:卡爾曼濾波器在實(shí)時(shí)性、延時(shí)性和去噪性能方面均有較好表現(xiàn)

5、,在低速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下卡爾曼濾波器最適合本硬件平臺(tái)。
　　 3)分別采用加速度、磁力計(jì)組合和陀螺儀信號(hào)積分兩種方法進(jìn)行實(shí)時(shí)姿態(tài)角求取,設(shè)計(jì)兩個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)對(duì)兩種方法做了誤差分析,并利用實(shí)時(shí)姿態(tài)角計(jì)算方法進(jìn)行了人體骨骼運(yùn)動(dòng)與行走的嘗試,初步實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)監(jiān)護(hù)的目標(biāo)。在進(jìn)行行走嘗試時(shí),采用了雙鐘擺模型利用相鄰時(shí)刻下肢在前進(jìn)方向分量的變化求行走位移,取得了一定的效果。
　　 基于以上研究成果,論文最后對(duì)全文進(jìn)行總結(jié),并對(duì)下一步的研究工