便携式运动生理参数监测仪的研发

摘要

人们运动的目的是强身健体,但是运动量不合适不仅达不到强身健体的目的,而且可能还会危及健康。有证据表明,运动强度与密度过高会使人体免疫力下降,只有运动强度适度才能提高免疫力达到运动的目的,故在运动过程中实时监测运动量并及时提醒具有重要的意义。
　　 为了在锻炼过程中监测运动量,使人们避免运动过度,本文开发了一种便携式运动生理参数监测仪,以帮助人们判断运动量。
　　 本监测仪利用了运动负荷恒定或递增时,检测的人体血乳酸浓度与人体血氧饱和度呈高度负相关的关系,选取血氧饱和度K值和心率作为监测参数进行系统设计。
　　 本研究对双波长透射方法无创检测血氧饱和度的理论和公式进行了详细的推导,并应用以删为核心的硬件平台和嵌入式Linux操作系统平台以及跨平台应用程序框架Qt开发了包括硬件电路和系统程序的整个监测仪,并初步制作成了实验装置,该装置针对四类不同使用者,设计了不同运动过度阈值参数标定方法。
　　 本监测仪具有体积小、重量轻、操作简单、造价低廉等特点,适合人们在锻炼过程中实时监测运动量。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 本研究的意义和目的

1.2 技术背景与发展现状

1.3 研究方案与可行性分析

1.4 论文的主要工作与安排

第二章 血氧饱和度检测原理与方法

2.1 血氧饱和度检测理论基础

2.2 血氧饱和度检测理论推导

2.3 双波长测量法

2.4 本章小结

第三章 硬件电路设计

3.1 传感器的设计

3.1.1 驱动信号时序

3.1.2 光源与驱动电路

3.1.3 光电探测器件

3.1.4 传感器的制作

3.2 信号处理电路设计

3.2.1 前置放大电路

3.2.2 信号分离电路

3.2.3 低通滤波电路

3.2.4 高通滤波电路

3.2.5 电平转换电路

3.2.6 电源电路

3.3 数字电路的设计

3.3.1 控制单元最小系统介绍

3.3.2 外围电路设计

3.3.3 A/D转换接口设计

3.4 本章小结

第四章 嵌入式操作系统设计

4.1 开发平台与环境

4.1.1 开发平台的选择

4.1.2 嵌入式Linux开发环境的建立

4.2 嵌入式Linux操作系统的开发

4.2.1 Bootloader的烧写

4.2.2 Linux内核的配置与编译

4.2.3 驱动程序的实现

4.2.4 根文件系统的构建

4.3 嵌入式QT的移植

4.3.1 嵌入式Qt特点

4.3.2 QT的编译与移植

4.4 本章小结

第五章 应用程序的设计与实现

5.1 应用程序开发环境与流程

5.1.1 Qt Creator的安装与设置

5.1.2 应用程序的功能与流程

5.2 应用程序设计

5.2.1 用户登陆界面设计

5.2.2 屏幕软键盘的设计

5.2.3 用户注册和管理界面设计

5.2.4 监测界面设计

5.3 阈值定标方法与功能实现

5.3.1 递增功率负荷实验方法

5.3.2 临界负荷的原理与使用

5.3.3 最大运动心跳率的应用

5.3.4 运动自觉量表的使用

5.3.5 阈值定标界面设计

5.4 数据处理算法

5.4.1 数字滤波算法

5.4.2 心率检测算法

5.5 本章小结

第六章 系统运行与调试

6.1 系统的连接与调试

6.1.1 硬件电路的性能调试

6.1.2 程序的下载与调试

6.1.3 系统整机测试

6.2 结果与讨论

6.3 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 本文主要内容总结

7.2 下一步工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要的研究成果