论文部分内容阅读
可穿戴式运动监测系统是当下的研究热点,科技公司和国内外学者在该领域做了大量工作,并已推出一些知名产品。但是,如今的研究成果和已有产品,在信号处理、运动状态识别等方面还存在很多缺陷,精确度也参差不齐,而且研究方法较为局限,产品的营销因素远大于技术因素。因此,该技术领域还处于探索阶段,并没有完全成熟的解决方案。本文以运动监测系统的传感子系统为研究对象,采用低功耗蓝牙(BLE)作为通信方式,设计带有加速度传感器的传感设备。根据数据分析和实际条件,对运动监测的实现中涉及到的算法、研究方法、软硬件设计等方面内容进行深入研究,主要内容包含以下几个方面:(1)提出一种结合仿真结果的数字滤波器在可穿戴设备上实现的方法。根据仿真实验结果,设计了适用于运动监测的数字滤波器,滤波后能够获得平滑、易于处理的信号波形,排除信号毛刺的影响。(2)提出一种多阈值-峰值计步算法,并建立运动状态机模型。根据步行中躯干运动和手臂摆动加速度的周期性变化,提取特征值,进行步伐检测和步态判别,并排除外界加速度干扰的影响。然后编写Matlab仿真程序进行验证。状态机采用嵌套式结构,分为母状态和子状态两层,并标定状态转移条件。(3)提出一种基于SVM分类算法的特征参数有效性的验证方法,并以本次设计选取的特征参数为例,进行方法的介绍,通过对仿真实验结果的分析,讨论本次设计中特征参数在运动监测算法中的作用和有效性。此外,也通过分类预测结果对运动监测算法提供改进意见。(4)完成运动监测应用软件的实现。在BLE协议栈的应用层上,结合操作系统抽象层(OSAL)的运行机制,采用分步执行和状态转移的方式,在传感设备上完成计步算法和运动状态机的程序设计。(5)完成运动监测应用规范的设计。在BLE协议栈中定义运动监测服务,对该服务中的特性及特性属性做出规范,保证传感设备和智能终端对运动监测服务具有统一的理解。(6)采用本系统与其他两款知名智能腕带产品进行对比测试,以验证本文设计的运动监测系统的性能。证明了该系统具有良好的监测性能。