基于无线传感器网络的儿童情绪相关的行为监测系统的研究

摘要

进入二十一世纪以来,随着无线通信技术、智能传感器技术以及分布式计算技术的高速发展,无线传感器网络技术开始逐渐成为目前较为广泛的研究热点之一。同时,可穿戴式计算机技术在医疗器械领域的应用也日益广泛。 与人类(特别是儿童)学习能力相关的生物学、心理学和社会学机制,以及在这方面进行的客观评价方法和技术,已经逐渐受到国内外学习科学领域研究者的极大重视。针对儿童情绪方面的学习能力研究,国际上的评价方法和技术尚不成熟。无线传感器网络技术和可穿戴式计算机技术的引入,将会为研究者提供一个先进的客观的研究平台。 本文旨在建立一个无线的多节点监测系统,以实现对儿童在教育教学环境中的行为研究。该监测系统具备客观观察,无线通信,实时监测,实时显示,无创性等特点。系统采用独特的双轴加速度传感器(MMA6271QT)实现对被测者的行为监测和记录。传感器节点采用集成了调制解调器的飞思卡尔微控制器MC13213,选用CodeWarrior的编译链接环境进行软件编译,并且增加了可扩展功能的外接端口。无线模块采用基于ZigBee协议的通信设计。电脑终端通过LabVIEW的虚拟仪器实现采集信号的初步处理、显示和存储功能。 本文完成了监测系统中传感器节点的硬件设计和制作,软件编译和调试,无线通信设计以及终端显示和存储的工作。初步实现了基于无线传感器网络平台的行为监测功能。在此监测平台上进行了初步实验和性能测试,并对结果进行了简要分析。在系统中特别添加的外部端口,为更多的生理信号提供了输入通路,增加了监测平台的功能可扩展性。在经过可穿戴性方面的改良后,即可运用到实际的儿童行为研究工作中去。

目录

文摘

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声明

第一章绪 论

1.1 课题背景

1.2 情绪与情绪研究

1.2.1 情绪的定义

1.2.2 儿童情绪研究的背景及意义

1.3 无线传感器网络

1.3.1 无线传感器网络结构

1.3.2 无线传感器网络的主要特点

1.3.3 无线传感器网络的应用和研究进展

1.4 可穿戴式计算机

1.5 论文主要内容

第二章可穿戴式计算机的发展与现状

2.1 可穿戴计算机介绍

2.1.1 可穿戴计算机的定义

2.1.2 可穿戴式计算机的操作模式

2.2 可穿戴计算机的发展与现状

2.3 可穿戴计算机的应用介绍

2.3.1 智慧衫(Smart shirt)

2.3.2 生命衫(LifeShirt)

2.3.3 MIThril

2.3.4 WEALTHY

2.3.5 MyHeart

2.3.6 VTAMN

2.3.7 AMON

2.3.8 Armband

2.3.9 Lifeguard

2.3.10 BIOTEX

2.3.11 Affective Wearable

2.4 可穿戴计算机的研究意义

2.5 本章小结

第三章监测系统设计和硬件制作

3.1 监测系统设计方案

3.2 无线传感器节点介绍

3.3 无线传感器节点设计

3.3.1 传感器节点框图

3.3.2 处理器和射频模块

3.3.3 传感器模块

3.4 印制电路板(PCB)的设计

3.4.1 印制电路板的布局

3.4.2 印制电路板设计要点

3.4.3 印制电路板的布线流程

3.5 本章小结

第四章数据置信及系统控制

4.1 引言

4.2 基于ZigBee技术的通信设计

4.2.1 ZigBee协议介绍

4.2.2 监测系统的通信设计

4.2.3 监测系统的程序实现

4.3 数据采集模块设计

4.4 编程工具

4.5 本章小结

第五章监测系统的终端设计及系统调试

5.1 监测系统的终端设计

5.1.1 LabVIEW介绍

5.1.2 LabVIEW终端显示设计

5.2 系统调试

5.2.1 调试器介绍

5.2.2 传感器节点调试

5.2.3 汇聚节点调试

5.2.4 终端调试

5.2.5 监测系统平台的联合调试

5.3 监测系统运行结果

5.4 本章小结

第六章总结与展望

参考文献

致谢

附录