单兵生理状态监测系统

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人体的生理信号如心电、血氧、血压等在一定程度上能够反映出人体的健康状态,对人体的生理参数进行监测具有很大的实用价值。在军事领域,穿戴式生理监测和医疗辅助设备主要用于体征训练和卫勤保障工作,同时又能广泛的应用于日常训练和考核士兵的生理指标。在民用领域,由于现在人群的不良生活的影响,居民的慢性病的发病率持续升高,利用可穿戴设备通过对生理信号的长期监控有助于人体日常活动和生理状态的及时了解和防护,预防慢性疾病的发生。目前而言可穿戴健康监测设备存在着很多的不足,如电池电量续航问题、穿戴舒适度问题、设备信息安全性问题、数据准确度问题等,而且现有大部分可穿戴设备都以智能手机为载体来获取信息,随着监测生理参数种类和数据量的增加,智能手机作为信息交互会有着诸多不便。本课题在分析了国内外相关研究现状的基础上,提出了一种基于智能腕表进行数据交互的新型生理监护系统,相比较智能手机而言,腕表具有更大的灵活与便携性并且能够24小时佩戴,大大方便了用户群体。该系统主要分为监测衣、监测手套、智能腕表和上位机四部分,主要包括以下内容:(1)设计一款新型监测衣,使用胶膜电极来取代普通的织物电极,并能够实现对人体的心电、呼吸、体温等生理参数的评估和预测,在体温测量上选用低成本NTC测温电阻结合恒流源的方法。(2)设计一款智能腕表,使用了现有的公模外壳,佩戴舒适。主要实现生理参数数据交互、多蓝牙设备的连接和数据的转发、环境信息和人体各项生理状态参数显示和预警的功能。(3)对数据测量准确度的研究,针对心电信号的噪声特点,设计了一种基于陷波器的轻量级算法,该算法能够实现对心电基线漂移和电力线噪声的去除,适用于低端微处理器架构芯片上,能够满足实时性的需要。(4)针对目前可穿戴设备的安全性问题,本课题采用了集成了AES加密的智能微处理器,在设备发送数据包时对数据进行了AES加密,来避免用户隐私数据的泄露。(5)对蓝牙多设备连接时序策略的研究,为了实现蓝牙路由的功能模式,对蓝牙协议栈进行了大量的分析和研究,并对当前蓝牙协议规范中的多设备连接的时序策略进行了实际的代码验证工作。(6)对蓝牙上位机的研究,打包后的生理参数数据通过蓝牙发送给上位机来进行数据的解析和显示。设计的上位机不仅能够实现对蓝牙设备的管理,还能实现蓝牙广播数据的订阅、心电和呼吸信号的显示、各项生理参数的变化趋势和云端大数据结合进行数据的评估和风险预测。通过实际设备的制作和实验测试,本文所设计的监测系统能够对生理参数实时采集并反馈到智能腕表和上位机终端,且测量结果的准确性和专业监测设备测量相差较小,能够满足长期监测的需要,为可穿戴监测设备的研究提供了另一个实际可行的参考方案。
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