防化兵实训中生理信号动态监测

摘要

防化兵在训练过程中，会出现运动量过强或运动量不足等情况，不仅不能达到操练的目的，甚至还会危害身体。体温、血氧饱和度和呼吸率是衡量人体生命体征最基本的生理参数指标，通过对这三个生理信号的动态实时监测能够帮助了解士兵的训练强度，从而对防化兵的训练状况进行评估和分析。 本文通过对防化兵的防毒面具进行改造，在防毒面具上安装了生理信号检测装置，实现对人体体温、血氧饱和度和呼吸率的采集，并将体温、血氧饱和度和呼吸信号通过无线通信模块传输给上位机做进一步的分析和处理，对防化兵的运动量和运动强度进行实时监控。将生物医学传感器直接安装在防毒面具上，这样无需携带其他生理信号检测仪器即可实现对生理信号的检测，既能缩短防化兵行动前的准备工作，也不会影响防化兵的实训活动。 系统硬件以MSP430单片机为核心，包括体温检测模块、血氧检测模块、呼吸检测模块、电源模块和无线通信模块等。体温检测采用了NTC热敏电阻温度传感器;血氧检测使用了耳夹式血氧探头，动态检测人体血氧饱和度;在呼吸率检测方面，没有使用传统的在测试者胸前安装多个电极的生物阻抗式测量方法，而是在防毒面具的进气口安装最新一代MEMS传感器芯片的气体流量传感器检测人体呼吸率，充分考虑了士兵方便度和舒适度问题。 在软件设计方面本文通过单片机软件编程实现体温值和呼吸率的计算，使用LabVIEW上位机软件实现了血氧饱和度的计算。本系统还设计了基于nRF905无线传输模块，实现了与上位机的无线通信，并通过上位机LabVIEW软件设计人性化监控界面，实现了对体温、血氧饱和度和呼吸的实时监测。 最后通过实验表明，系统能够稳定、可靠地对防化兵的体温、血氧饱和度和呼吸率进行实时监测，达到了预期设计目的。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文的主要研究内容

第二章 人体生理信号特点及其检测原理

2．1 生理信号的特点

2．2 体温检测

2．3 血氧饱和度检测

2．4 呼吸检测

第三章 生理信号动态监测系统总体结构

3．1 生理信号监测系统的组成

3．2 微处理器单元电路

3．3 电源模块

3．3．1 单片机供电电路

3．3．2 气体流量传感器供电电路

第四章 系统硬件设计

4．1 体温检测模块

4．2 血氧检测模块

4．2．1 血氧检测模块结构框图

4．2．2 血氧探头原理及其驱动电路

4．2．3 Ⅰ／Ⅴ转换电路

4．2．4 低通滤波电路

4．3 呼吸检测模块

4．3．1 Winsen／F1031气体流量传感器

4．3．2 衰减电路

4．4 串口通信电路

4．6 无线通信模块

4．6．1 nRF905工作模式

4．6．2 MSP430与nRF905的接口设计

第五章 系统软件设计

5．1 软件设计总体框架

5．2 呼吸频率的计算

5．3 无线通信模块软件设计

5．3．1 通信协议的设计

5．3．2 nRF905寄存器配置

5．3．3 无线收发程序软件设计

5．4 上位机软件设计

5．4．1 LabVIEW简介

5．4．2 LabVIEW实现串口通信设计

5．5 血氧信号的软件处理

5．5．1 红光红外光分离

5．5．2 红光红外光最值提取

第六章 生理信号采集系统测试与分析

6．1 体温检测结果与分析

6．2 血氧检测结果与分析

6．3 呼吸检测结果与分析

第七章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文和参与的项目