嵌入式睡眠监控报警系统研究

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医学数据表明,夜间是疾病的高发期。急性心肌梗塞在夜间的发病率约占全天总发病率的一半,脑血栓患者在睡眠中发病猝死的人数高达70%~80%。另外,许多疾病也多在夜间加重,包括心功能不全、支气管炎、哮喘等。本课题对睡眠状态下的人进行实时监护,意外发生时采取合理措施,方便医护人员及时救治,可降低夜间突发疾病的危害性。嵌入式系统因其功耗低、效率高、性价比高、可靠性高、实时性强,支持多任务和占用空间小等特点,在医疗设备领域应用广泛。针对夜间突发疾病的救助问题,设计了嵌入式睡眠监控报警系统。它用于采集和分析用户在睡眠中的生理数据,当生理特征值出现异常征兆时,提供及时有效地报警措施,为患者争取宝贵的救助时间。研究内容主要包括:(1)硬件设计。系统分为采集处理和监控报警两个模块。采集处理模块由微控制器(LPC2103)、信号调理电路、无线发射电路、存储电路和工作电路(供电电路和复位电路)组成,可以实现的功能包括采集、调理、发送和存储睡眠中的生理信号(脉搏信号和体温值)。监控报警模块由微控制器(P89LPC935)、GSM模块TC35i、门控开关电路、无线接收电路和串口转USB接口电路组成,可以实现的功能包括电话报警、短信通知、自动开门、接收信号和PC机通信。(2)软件设计。根据μC/OS-Ⅱ嵌入式多任务实时操作系统的内核结构,给出了μC/OS-Ⅱ移植在LPC2103处理器上所需的条件和步骤。(3)生理分析与算法。在深入学习小波变换、多分辨率分析、Mallat算法和小波基函数的理论基础上,选用了阈值去噪法对脉搏信号小波去噪。从时域、频域、时频域和脉搏波特征量K值4个方面提取并分析了脉搏信号的特征值,根据参数范围初步诊断病情。实验结果表明,在不干扰用户正常睡眠的情况下,系统根据采集处理的脉搏信号和体温值,可以实现监控报警的功能。
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