便携式台阶试验测试仪的设计与实现

摘要

近年来，随着人们生活质量的不断提高，便携式健康监测设备得到快速发展且需求量显著提升。台阶试验是一项在全球广泛使用的运动负荷试验，通过该试验得到的评定指数可以反映受测人员的心血管系统机能状况。台阶试验已在我国体育部门和学校体育中广泛应用，是《学生体质健康标准》测试内容中的重要一项。然而目前市场上的台阶试验测试仪却没能实现整个测试过程的自动化，人工监测导致台阶试验难以实施，并且测试结果的准确度低。
　　基于上述的背景，本文设计实现一种便携式台阶试验测试仪。通过分析测试仪需要实现的功能，设计系统的实现方案，着重分析比较运动模式识别算法，以确定上下台阶运动的识别监测方法。以STM32F103为核心处理单元，MPU6050为运动数据采集模块，并配合光电式脉搏传感器模块、外接键盘、蓝牙模块等搭建了系统的硬件平台。将采集到的加速度数据通过预处理后，用于台阶运动的阈值判决，其中阈值的大小根据测试仪实际佩戴过程中的倾斜角度进行自适应地调整，而倾斜角度利用四元数进行姿态解算来获取。测试仪最终将测试结果通过蓝牙模块发送到PC端，并保存到数据库中。
　　PC端开发了一个台阶试验数据管理系统，该系统具有简洁的人机交互界面，能够将蓝牙接收到的测试数据自动存入数据库中，并且可以对数据库中的所有数据进行统计分析，并生成统计分析报表。该数据管理系统不仅能够直观地显示出台阶试验结果的分布情况，而且方便了对于台阶试验影响因素的研究。
　　系统的测试结果表明，该测试仪在完成预设功能的同时，具有较高的测试准确度。该测试仪实现了台阶试验的自动化测试，并且提高了测试结果的真实有效性，为学校体能测试中的台阶试验项目提供了一种有效的实现方法，也为全民心血管功能的评估提供了一种便捷的实现途径。

目录

声明

第一章 绪论

1.2国内外研究现状

1.3研究的主要内容

1.4本章小结

第二章 便携式台阶试验测试仪的方案设计

2.2运动识别方法比较与算法设计

2.3系统方案设计

2.4本章小结

第三章 系统硬件设计与实现

3.2传感器模块的设计

3.3其他外围器件的设计

3.4本章小结

第四章 系统软件设计与实现

4.2噪声分析与数据处理

4.3测试仪倾角的测量

4.4台阶运动的识别监测

4.5脉搏的计数

4.6键盘输入算法的设计

4.7数据的蓝牙发送与帧格式

4.8本章小结

第五章 台阶试验数据管理系统

5.1数据管理系统功能介绍

5.2数据管理系统的实现方法

5.3本章小结

第六章 系统的测试与改进

6.2测试结果分析

6.3系统优化方案

6.4本章小结

第七章 总结与展望

7.2展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

致谢