基于Flora及Android的多传感器可穿戴监测系统的设计

摘要

近年来，随着基于传感器的监测设备成本降低、体积缩小、计算性能提高，可穿戴电子设备逐渐应用到人体健康监护领域，其中高效的获取人体姿态数据是一个重要的研究方向。人体姿态是人体直观信息的重要组成部分，通过对人体姿态进行监测并对采样数据进行分析和评估，可以了解机体的运动状态。随着移动互联网时代的到来，利用手机进行电子设备的监控日益受到用户的青睐。可穿戴式装置和智能手机结合，在提高了可操作性的同时也降低了成本。
　　本文针对人体姿态监测应用，将可穿戴电子设备与手机智能控制平台相结合，提出基于Android的多传感器可穿戴监测系统的设计方案。本系统使用开源硬件Adafruit-Flora作为数据采集端控制核心，实现便携姿态数据采集;用户使用Android手机获取采样数据，显示实时数据并保存。数据采集端和用户端使用低功耗蓝牙技术进行通信，可实现便捷低功耗的数据传输。考虑到手机有限的数据处理能力和电池电量，本文提出一种基于时间相关性的自适应采样算法，根据被监测目标的特性来调整采样频率，实现自适应采样，在保证目标监测精度的同时减少采样量、数据传输量和数据计算量。该系统具有轻巧便携、控制简单、续航时间长的优点，通过仿真实验和系统测试可知，该系统在人体姿态监控方面性能满足设计要求，可广泛应用于伤残患者的康复治疗、老年人健康监护、运动员科学训练等领域，具有广阔的应用前景。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 课题研究的现状

1．2．1 穿戴式姿态监测系统的研究现状

1．2．2 自适应采样技术研究现状

1．3 论文主要内容及创新点

1．4 论文结构

第2章 系统整体设计方案

2．1 系统需求分析和功能层次设计

2．2 传感器控制平台的选择

2．3 数据通信协议的选择

2．3．1 短距离通信技术

2．3．2 低功耗蓝牙通信技术

2．3．3 Android的低功耗蓝牙

2．4 系统整体结构设计

2．5 本章小结

第3章 基于Flora的数据采集端模块组成与设计

3．1 数据采集端控制平台Adafruit-Flora

3．2 数据采集模块的设计

3．3 低功耗蓝牙通信模块的设计

3．4 软件设计

3．4．1 开发环境Arduino IDE

3．4．2 数据采集端软件设计

3．4．3 数据采集和传输

3．5 本章小结

第4章 基于Android的用户端功能设计与实现

4．1 需求分析和方案设计

4．2 用户管理模块的设计

4．2．1 工作流程

4．2．2 Android的SQLite数据库技术

4．3．1 工作流程

4．3．2 Android蓝牙4.0开发

4．4 数据显示模块的设计

4．5 本章小结

第5章 基于时间相关性的自适应采样算法的设计

5．1 传感器网络节点数据特性分析

5．2 基于时间相关性的采样技术研究现状

5．3 TOCAS算法的数学模型

5．4 TOCAS算法的原理

5．5．1 算法的仿真

5．5．2 算法的性能分析

5．6 本章小结

第6章 系统测试

6．1 实物连接效果图

6．2．1 数据采集端低功耗蓝牙

6．2．2 Android手机端低功耗蓝牙

6．2．3 低功耗蓝牙通信

6．3 数据采集功能测试

6．4 用户登录模块测试

6．5 TOCAS算法应用测试

6．6 数据动态显示测试

6．7 本章小结

第7章 总结与展望

7．1 工作总结

7．2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的成果

攻读硕士学位期间参加的科研项目