基于电阻抗技术的人体健康监测系统的研制

摘要

人体成分组成比例是人体健康的重要指标，它可以检测人体的体液平衡、营养情况、评价青少年的生长发育情况等，因此越来越受到人们的关注。目前已经有多种人体成分的测试方法，其中基于电阻抗技术的人体成分分析方法具有快速、无创、无辐射、安全、可用于常规性检测等优点，已成为人体成分分析的一个重要发展方向。
　　基于生物电阻抗技术的人体成分分析方法中，生物电阻抗测量方法、精度和重复性是人体成分分析精度的保证，本文基于生物电阻抗技术，研究了一种高性能、多频率、快速、准确、安全的生物电阻抗测量系统，该系统基于分段测量法原理，能够在1KHz到1MHz的激励频率下，对人体生物电阻抗进行测量。
　　本文开发的生物电阻抗测量系统的硬件部分主要包括前端信号调理模块、激励恒流源信号产生模块、信号采集与处理模块、通信模块以及电源模块。前端信号调理模块进行电流源通断控制以及响应电压的缓冲跟随；恒流源发生模块实现了一个高输出阻抗并且频率、相位和幅值均可控的恒流源输出；信号采集与处理模块通过对模拟信号的调理、采集与处理，能够最终得到电压和电流信号的幅值和相位信息；系统通过UART通信接口，可以方便地与上位机进行数据通信；最后设计了基于DC/DC模块的电路供电系统。
　　通过本文的软件开发与设计，完成了系统的初始化、各功能模块的驱动、数据的存储与处理等。最终，本系统在接收到上位机发来的开始信号之后，会自动开始对人体的各节段进行激励和测量，5个频率全部测量完成后，将测量结果发送给上位机系统。
　　本文通过电阻网络的测量结果与真值的对比，验证和测试了本系统的重复性和精度，通过软件补偿改善了系统的测量精度。实验表明，本文设计的生物电阻抗测量系统具有多频率、快速、准确的优点，能够较为准确的测量人体的生物电阻抗信息。

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第一章 绪论

1.1论文的研究背景和意义

1.2人体成分分析方法概述[4]

1.3 生物电阻抗法国内外研究现状

1.4论文研究内容与创新点

1.5论文组织结构

第二章 生物电阻抗分析系统

2.1 引言

2.2 生物电阻抗测量人体成分模型[4]

2.3 人体生物电阻抗测量方法[17]

2.4生物电阻抗测量系统总体结构设计

2.5 本章小结

第三章 人体成分分析系统硬件电路的开发

3.1微控制器模块的设计

3.2 小电极板模拟开关及缓冲单元设计

3.3激励恒定电流源发生的设计

3.4 多路模拟开关的选取

3.5 信号采集与处理模块的设计

3.6 上位机通信RS232部分的设计

3.7 电源模块的设计

3.8 本章小结

第四章 人体成分分析系统嵌入式控制软件设计

4.1 Atmel studio 6 集成开发环境简介

4.2 软件总体设计

4.3 主程序设计

4.4 初始化程序

4.5 测量子程序设计

4.6各功能模块程序设计

4.7 本章小结

第五章 系统实验及结果讨论

5.1 系统实验平台的搭建

5.2 误差分析与系统标定

5.3 本系统的人体实验

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

参考文献

附录

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及科研说明