用于行为检测的可穿戴终端设计研究

摘要

随着老龄人口的增多，“空巢家庭”的数量也在逐年增长，越来越多的老人住进了养老机构，老年人身体机能下降容易受到意外伤害，这就对养老机构提出了更高的监护要求。同时，可穿戴设备以其高度便携性、感知交互性，为人体监护打开了新思路。本文旨在设计研究一种用于行为检测可穿戴终端，通过记步、摔倒、心率异常等行为检测判断，结合跟踪定位，意外状况报警，呼叫服务功能提高养老机构对老人的监护、服务能力。
　　本文首先介绍了老龄化加剧，养老机构看护负担加重的背景。接着通过对国内外智能监护可穿戴设备现状的研究，提出一套行为检测系统方案，并且介绍了该系统涉及到的关键技术，包括了传感器技术、无线通信技术、定位技术、人体运动量检测技术等。针对该系统所要完成的功能，对其终端做了软硬件的设计，以及测试。
　　在硬件设计上，将架构分为核心控制模块、三轴加速度传感器模块、心率传感器模块、射频模块、GSM/GPRS/GPS模块、电源管理几个部分，并逐一对其进行模块选型分析，电路设计，最后是PCB设计和调试。
　　在软件设计上，采用模块化编程的思想组织软件结构，先介绍了终端总体软件流程，对于行为检测软件的研究成果如下：（1）分析了手腕部行走加速度的特点，提出一种三轴加速度的记步算法，通过区域法、动态最值之差查找加速度曲线峰值计步，再加上步行时间窗、行走模式判断的联合判据，排除个体行走差异，手部晃动干扰，步行启动前与停止前的干扰，大大提高了腕部检测的计步精度；（2）利用摔倒加速度模型，提出一种基于三轴加速度的摔倒检测算法，通过合理的阈值设置，能检测出摔倒，高处跌倒两种状态；（3）提出一种基于心电图的QRS波的心率检测算法，特点是心率实时检测，误差率小，并且算法复杂度低；同时，设计了室内外定位，数据传输的软件流程。
　　最后本文对终端系统进行了测试，先介绍了实验平台，通过实验测试和数据分析，该终端硬件稳定可靠，可以完成对人体运动加速度、心率数据的采集，室内外定位、数据传输，实现了记步，摔倒检测，心率检测报警的功能，其中平地记步精度在95％以上，心率检测精度在97%以上，较为准确检测出高处跌落、摔倒两种情形，并且在室外能达到10米内精度的摔倒报警，达到了预期目的。

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第一章 绪 论

1.1 论文的研究背景和意义

1.2 国内外现状研究

1.3 论文主要研究内容和章节安排

第二章 行为检测系统设计分析和关键技术

2.1 行为检测系统介绍

2.2行为检测系统关键技术

2.3 本章小结

第三章 行为检测可穿戴终端硬件设计与实现

3.1 行为检测可穿戴终端硬件框架设计

3.2 行为检测终端终端硬件设计

3.3 PCB设计与终端调试

3.4 本章小结

第四章 行为检测可穿戴终端的软件设计

4.1 行为检测可穿戴终端软件架构

4.2 人体计步软件设计

4.3 人体摔倒检测软件设计

4.4 人体心率检测软件设计

4.5 定位软件设计

4.6 数据传输软件设计

4.7 本章小结

第五章 实验测试及结果分析

5.1 实验平台

5.2 终端功能测试

5.3 实验结论

第六章 总结和展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

致谢

参考论文

附录 作者在读期间发表的学术论文、发明专利及参加的科研项目