基于人體傳感器網絡的人體運動監(jiān)護系統(tǒng)設計與實現(xiàn).pdf

1、當今世界,存在不少病、傷、殘者需要通過運動訓練進行康復治療,運動參量的量化監(jiān)控和運動干預對他們的康復治療非常重要。然而,我國現(xiàn)階段康復醫(yī)師人數(shù)少、康復費用高使得很多肢體殘疾人無法獲得康復治療。由于社會結構的變革,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)療負擔將越來越重。
　　 人體傳感器網絡(BodySensorNetwork,BSN)作為無線傳感器網絡的一個分支和物聯(lián)網的重要組成部分,集生物醫(yī)學工程技術和無線傳感器網絡于一體,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,進而實現(xiàn)對某些常見慢性疾病的早期監(jiān)測、早期預防和早期干預,可廣泛應用于生物醫(yī)學、體育訓練、日常活動監(jiān)測等領

3、域。此外,人體傳感器網絡也是家庭健康護理的一種實現(xiàn)形式,為遠程醫(yī)療和家庭健康護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)基于人體傳感器網絡的人體運動監(jiān)護系統(tǒng)為目標,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計指導原則,開發(fā)了一套基于九軸無線傳感器平臺的人體運動監(jiān)護系統(tǒng),初步達到了實時運動監(jiān)護的目的。本文所做的主要工作如下:
　　 1)構建了基于九軸無線傳感器平臺的人體運動監(jiān)護系

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。
　　 2)設計正常人行走實驗,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行實時姿態(tài)角求取,設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)護的目標。在進行行走嘗試時,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,論文最后對全文進行總結,并對下一步的研究工