基于户外运动的便携式生命健康系统开发

摘要

随着社会经济的发展，越来越多的人加入到户外运动的行列，其中很大比重是户外探险和极限运动爱好者，在户外运动中如何有效的保障运动者安全这一问题日益凸显其重要性。在户外运动过程中，需要监测人体健康体征、运动环境以及报警、导航定位，这样的话就可以有效地保障生命安全。
　　氧气对人体的生命运动非常重要，足够的氧气融入人体动脉血液中对于维持人体的健康非常重要，而血氧饱和度是表征血液中溶氧量的值，所以我们用该值和人体的脉搏量来表征运动者健康体征。作者采用动态频谱法和阈值法来增加检测稳定性和抗干扰能力，采用数字滤波的方法增强信号的精度;实时监测运动者是否摔倒跌落山崖对保障运动安全有着至关重要的意义，选用加速度计并配合合适的算法可以稳定有效地实时监测运动者情况，并可预先设置自动报警;运动环境的检测是采用单片集成方案LPS331解决，该芯片内嵌24bit温度传感器和高度计，使用该模块可以检测运动环境的温度和气压值，并可以据此计算出所处位置的海拔并进行简单的天气预测，该模块可以增强导航信号的信号强度，整个系统设计考虑了低功耗的要求，系统中需要实时监测的功能模块功耗低于100uA.平板电脑和系统模块采用蓝牙4.0通信接口连接，功耗低，通信稳定。整个嵌入式系统配合户外运动专用平板电脑使用，该平板电脑可提供北斗\GPS两种导航模式，根据需求自主选用何种导航模式，平板电脑显示运动者健康体征和运动安全情况、通过网络发布SOS救助信号和定位信息有效保证运动者安全。
　　本文主要包含以下几个部分:脉搏血氧检测模块原理及软硬件的实现、跌倒摔落检测模块的理论推导和算法实现、大气压检测的实现和导航信号的增强、蓝牙通信模块的设计、基于JAVA平台的安卓智能终端蓝牙通信模块数据接收及显示的实现。

目录

声明

摘要

第一章．系统综述

1．1 系统开发意义

1．2 国内外研究情况

第二章．系统原理简介

2．1 脉搏血氧仪模块介绍

2．2 跌倒检测报警模块介绍

2．3 环境监测模块简介

第三章．硬件系统设计

3．1 低功耗设计思想

3．2 MCU选型

3．2．1 ARM

3．2．2 单片机选型

3．3 电源模块设计

3．4 脉搏血氧检测模块硬件设计

3．5 PI控制器原理

3．6 单片机最小系统硬件设计

3．7 跌倒检测功能模块硬件设计

3．7．1 跌倒摔落检测模块原理

3．7．2 电容式加速度传感器

3．7．3 压电加速度传感器

3．7．4 压阻式加速度传感器

3．7．5 芯片特点

3．7．6 ADXL345省电模式及进入方式

3．7．7 硬件电路设计

3．8 大气压强模块设计

3．9 通信模块设计

3．9．1 蓝牙4．0技术介绍

3．9．2 巴伦电路及无线PCB天线设计

第四章．系统软件设计

4．1 ADXL345跌倒检测软件流程

4．2 脉搏血氧模块软件流程

4．3 大气压强检测软件流程

4．3．1 IIC通信介绍

4．3．2 智能终端接收程序软件流程

第五章．系统噪声分析

5．1 噪声源分析

5．2 滤波器设计

5．3 使用Matlab进行滤波器设计及对比

第六章．系统测试及总结

6．1 测试方案

6．2 总结

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间的学术成果