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基于人体三维姿态检测的老年人远程健康监控系统的研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 远程健康监护研究现状

1.2.2 人体姿态检测研究现状

1.3 本文研究内容

第2章 系统总体方案设计

2.1 系统主要功能

2.2 系统组成

2.2.1 人体传感网络

2.2.2 监控中心

2.3 本章小结

第3章 姿态算法及跌倒算法研究

3.1 人体三维姿态算法研究

3.1.1 人体上肢模型的构建

3.1.2 卡尔曼滤波器

3.1.3 加速度和陀螺仪的数据融合

3.1.4 上肢姿态标定方法

3.2 跌倒算法的研究

3.2.1 实验测试

3.2.2 运动姿态数据分析

3.2.3 跌倒算法实现

3.3 本章小结

第4章 系统硬件设计

4.1 系统整体结构

4.2 近距无线通信技术方案选择

4.2.1 无线通信技术对比

4.2.2 ZigBee无线通信技术

4.3 主要芯片选型

4.3.1 主控制器选型

4.3.2 检测传感器选型

4.3.3 ZigBee芯片选型

4.4 硬件电路设计

4.4.1 姿态检测模块电路设计

4.4.2 通信控制器电路设计

4.5 本章小结

第5章 系统软件设计

5.1 下位机程序设计

5.1.1 软件开发平台

5.1.2 姿态检测模块程序设计

5.1.3 跌倒报警模块程序设计

5.1.4 通信控制器程序设计

5.2 监控中心软件设计

5.2.1 软件总体设计方案

5.2.2 软件开发工具

5.2.3 网络通信

5.2.4 虚拟人体姿态显示

5.3 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 论文总结

6.2 后续研究展望

参考文献

后记

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况

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摘要

我国早已进入了老龄化社会,而且由于计划生育政策的实施,现在空巢老人家庭的数量正在逐渐增多,“关爱空巢老人”已成为现在社会非常关注的一个话题。由于老年人身体机能退化,很容易发生跌倒等状况,因此需要子女的照顾,而现在的子女大部分都工作繁忙,甚至不在老人身边,没有时间或者能力关照老人的日常生活中的健康状况。因此实时关注老年人的身体健康,开发先进、便捷的远程医疗设备监测老年人日常运动姿态和生理信息、评估老年人的健康状况,具有重要的应用价值和社会意义。针对这一问题,本文在已有的研究成果的基础上,设计了老年人远程健康系统,并对人体三维姿态检测技术做了深入的研究。
   本文主要利用惯性传感器测量技术检测人体姿态信息,结合ZigBee无线通信以及GPRS远程通信技术,远程传送人体姿态信息,并通过基于OpenGL的上位机软件实时的监控人体的三维姿态。整个系统主要分为:健康传感器模块、通信控制模块、应用服务器和监控终端四部分。健康传感器模块包括姿态检测模块、跌倒报警模块和心率血氧采集模块。姿态检测模块和跌倒报警模块选取了MEMS加速度计和MEMS陀螺仪的惯性测量组合,模块采用佩戴式设计,可以完成人体加速度,角速度等姿态信息的采集。心率血氧采集模块利用光电传感器技术可简单、方便的检测出人体的心率血氧值。通信控制器模块包括了ZigBee模块和GSM/GPRS模块。利用ZigBee无线组网技术,建立人体无线传感网络,通过GPRS通信方式可以把无线传感网中的信息远程传送到监控中心。远程监控中心由应用服务器和监控终端组成,可以实现远程数据的接收与处理,显示人体的生理指标信息,并利用OpenGL技术实时显示人体三维姿态。
   本文对人体三维姿态检测算法和跌倒检测算法进行了研究。以人体的上肢为例,结合MEMS组合的信息融合方法,提出一种较为简便的姿态检测算法,减少了运算量。根据人体跌倒时的加速度和角度的变化,提出一种三阈值的跌倒检测方法,提高的跌倒检测的准确性。

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