基于人體傳感器網(wǎng)絡(luò)的人體運動監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、當(dāng)今世界,存在不少病、傷、殘者需要通過運動訓(xùn)練進(jìn)行康復(fù)治療,運動參量的量化監(jiān)控和運動干預(yù)對他們的康復(fù)治療非常重要。然而,我國現(xiàn)階段康復(fù)醫(yī)師人數(shù)少、康復(fù)費用高使得很多肢體殘疾人無法獲得康復(fù)治療。由于社會結(jié)構(gòu)的變革,人口老齡化成為世界各國不得不面對的問題。由于生理功能的逐漸退化,老年人運動能力下降,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)將越來越重。
　　 人體傳感器網(wǎng)絡(luò)(BodySensorNetwork,BSN)作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個分支和物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分,集生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)于一體,具有精度高、監(jiān)測范圍小、微型化、低功耗、操作簡單及使用安全等特點,可以實時地對人體進(jìn)行生理信息和運動信息的監(jiān)測,為測試者提供許多重要的量化信息,進(jìn)而實現(xiàn)對某些常見慢性疾病的早期監(jiān)測、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?；顒颖O(jiān)測等領(lǐng)

3、域。此外,人體傳感器網(wǎng)絡(luò)也是家庭健康護(hù)理的一種實現(xiàn)形式,為遠(yuǎn)程醫(yī)療和家庭健康護(hù)理提供了一個嶄新的思路。
　　 基于上述研究背景,本研究以實現(xiàn)基于人體傳感器網(wǎng)絡(luò)的人體運動監(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、穿戴方便等特點為設(shè)計指導(dǎo)原則,開發(fā)了一套基于九軸無線傳感器平臺的人體運動監(jiān)護(hù)系統(tǒng),初步達(dá)到了實時運動監(jiān)護(hù)的目的。本文所做的主要工作如下:
　　 1)構(gòu)建了基于九軸無線傳感器平臺的人體運動監(jiān)護(hù)系

4、統(tǒng),包括硬件、嵌入式軟件和上位機軟件。系統(tǒng)包含三軸加速度、三軸磁力計、三軸陀螺儀、nRF905無線收發(fā)器、MSP430F2418微控制器等模塊,可實時連續(xù)提供九自由度運動數(shù)據(jù)。
　　 2)設(shè)計正常人行走實驗,將Xsesns的MTx姿態(tài)追蹤器輸出作為參考信號,以行走的加速度信號為例分析比較了運動傳感器常用數(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:卡爾曼濾波器在實時性、延時性和去噪性能方面均有較好表現(xiàn)

5、,在低速運動狀態(tài)下卡爾曼濾波器最適合本硬件平臺。
　　 3)分別采用加速度、磁力計組合和陀螺儀信號積分兩種方法進(jìn)行實時姿態(tài)角求取,設(shè)計兩個簡單實驗對兩種方法做了誤差分析,并利用實時姿態(tài)角計算方法進(jìn)行了人體骨骼運動與行走的嘗試,初步實現(xiàn)了實時運動監(jiān)護(hù)的目標(biāo)。在進(jìn)行行走嘗試時,采用了雙鐘擺模型利用相鄰時刻下肢在前進(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,論文最后對全文進(jìn)行總結(jié),并對下一步的研究工