基于无线传感器网络的人体运动能耗检测系统的设计

摘要

伴随着通信、嵌入式计算和传感器等技术的飞速发展，无线传感器网络技术日臻成熟，其应用也越来越广泛，包括视频和交通监视，航空交通、汽车以及机器人控制，智能家居和工业自动化等。科技的发展为人们的生活和工作带来很大的方便，与此同时也使得人们的活动量和运动量都大大减少，造成身体孱弱等健康问题。但体育运动也是存在一定风险的，例如运动过量、肌肉拉伤、心脏病发等问题，因此，在运动过程中需要有一定的安全监控，能够正确判断出运动者的健康状况，提示并限制某些运动项目。
　　本文详细介绍了无线传感器网络技术、能耗检测系统的发展现状和 ZigBee技术。在此基础上，重点研究了检测终端（协调器和路由器节点）的设计、ZigBee网络的路由协议和人体运动能耗检测的算法。本课题提出了一种人体运动能耗检测系统设计方案，研究并设计了无线传感器网络的协调器、路由器节点和上位机监测系统。两类网络节点的微处理器都采用CC2530芯片，其中，路由器节点由传感器模块、数据传输模块以及电源模块等几部分组成；软件部分通过移植 TI公司的ZigBee协议Z-Stack，结合AODVjr路由算法，并添加相对应的节点功能代码来实现。路由器节点将采集的运动数据进行处理分析，采用基于各轴加速度值和提取 GM的数据特征方法计算出人体运动产生的能耗和运动状态，将所得结果传送到协调器，并进行实时显示。协调器在接到新的数据包后，通过 USB接口与上位机监测系统进行数据传输。上位机监测系统通过通讯窗体接收、整理协调器传来的数据包同时存入后台数据库，在需要时可以对历史数据进行分析，针对每个学生的状态提供运动是否合理以及健康的运动建议等信息，从而实现学生阳光运动的目的。
　　本课题实现的人体运动能耗检测系统，协调器和路由器节点间通信效果良好，较少出现节点丢失、数据丢失等问。上位机监控界面简单易操作，使用方便，能够稳定运行。本系统无需布线，减少了故障点，降低了成本，而且有很好扩展性，为人体运动检测系统的进一步发展打下基础，有广泛的应用前景和实用价值。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1研究课题的背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3论文研究内容及章节安排

第2章 人体运动能耗检测系统的架构

2.1人体运动能耗检测系统的总体设计方案

2.2阳光运动

2.3无线传感器网络技术

2.4本章小结

第3章 检测终端的硬件设计

3.1 节点的硬件组成与结构

3.2 微处理器与传感器的选择

3.3检测终端的电路设计

3.4 本章小结

第4章 检测终端的软件设计

4.1检测终端的软件开发平台

4.2组网及路由协议

4.3 协调器的软件设计

4.4 路由器节点的软件设计

4.5 本章小结

第5章 人体运动能耗检测系统上位机的软件设计

5.1上位机监控系统的总体设计

5.2软件界面设计

5.3串口通讯的软件设计

5.4数据库设计

5.5数据处理

5.6系统测试

5.7本章小结

第6章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间已发表的论文

攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢