睡眠监测与干预系统的设计与实现

摘要

睡眠对于人体来说意义重大,医学研究认为低质量的睡眠让人付出的健康代价是极为严重的,是健康的一大隐忧。然而,随着人们生活节奏的加快,工作压力的增加,运动量的缺乏或其他原因,失眠人群的比率逐年增加。即使某些人没有睡眠的障碍,睡眠质量也难以得到保障。在睡眠过程中可能会出现呼吸暂停的状况,而这种现象被称为呼吸暂停综合征。长期的患有呼吸睡眠综合征的人群,心血管、肾脏等人体组织和器官会非常大的损害,甚至会在睡眠中猝死。而对人体多个生理参数进行监护的仪器一般只有在医院才能使用到。
　　本研究的目的是开发一款由闭环系统控制的便携装置,装置主要是对人体的睡眠状况进行监测,检测并记录人体的某些重要的生理参数,利用反馈和干预的手段助眠和保护人体。装置在不影响人体睡眠的条件下,不断的采集人体睡眠时包括呼吸、血氧、脉搏在内的有关生理参数。对于失眠的群体,依据生理参数,装置以视觉(LED的闪烁频率)或听觉(音乐播放的速度和报数)的形式反馈给人体,从而使人体了解自身的生理条件,引导人体调节自身的状态,从而达到辅助人体睡眠的目的。当人体呼吸暂停的现象出现时,装置会通过电子开关打开氧气罐气阀,为人体提供额外的供氧,使人体再一次呼吸时能够吸入高密度的氧气。在必要时会用震动棒把人体唤醒。由于呼吸暂停会导致血氧值的降低和心律失常。所以,在检测的过程中,装置会自动记录下来血氧值、脉率值和呼吸的相关参数,以供后期的分析人体的睡眠质量。
　　实验表明,本装置可以比较准确的检测出人体的呼吸、脉搏和血氧的相关参数,并且完成了对各个模块的控制,从而达到了对人体以上参数进行检测、记录和显示并以某种形式反馈给人体以对人体进行干预的目的。

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1 绪言

1.1 课题的背景、目的和意义

1.2 睡眠障碍以及相关监测与治疗方法的概况

1.3 课题研究目的及需求分析

1.4 本文主要内容

2 睡眠监测装置总体方案设计

2.1 功能设计

2.2 模块设计

2.3 睡眠监测装置的系统结构

2.4 本章小结

3 系统硬件实现方案

3.1 睡眠监测装置主要芯片的选型

3.2 睡眠监测装置的电路设计

3.3 电路调试结果

3.4 本章小结

4 系统软件设计与实现

4.1 系统软件工作流程图

4.2 开发环境

4.3 TF卡的读写方法

4.4 滑动加权滤波算法

4.5 本章小结

5 睡眠监测与干预系统的测试与分析

5.1 脉搏血氧检测模块的测试

5.2 呼吸检测模块的测试

5.3 助眠模块的测试

5.4 外围干预模块的测试

5.5 本章小节

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献