基于无线传感网的弱势群体身体信息监测系统的设计

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随着我国人口数量的不断增加,婴幼儿、老年人的比重也在攀升,他们生活自理能力相对较弱,特别是当他们处于遗尿、失禁的状态下,如果得不到有效及时的照顾,会对他们的身体健康产生恶劣的影响。因此如何实时获知这些弱势群体的身体状况、实现高效的日常监护是一个亟待解决的问题。传统的人体监测方案,大多采用有线的数据收发方式,存在布线复杂、费用较高、易出故障等弊端。本文紧跟当前国内外相关研究的前沿动态,结合新兴的无线传感技术,设计了一套基于无线传感网的身体信息监测系统,对于弱势群体的家庭与医疗护理,具有非常现实的应用价值。本文主要针对遗尿检测,通过对现有产品、方法的研究和分析,创新地提出了一种基于电容原理的非接触式湿度检测方案,改善了以往产品使用中的不便;从低功耗、低成本的角度出发,对无线传感器节点进行精心设计,包括硬件的选型、设计和软件的处理、改进,提高了产品的综合性价比。具体工作和贡献如下:(1)采用了模块化的设计原则来整体实现本文的无线传感监测系统。具体包括前端采集节点和中心主控节点的软硬件设计。在前端采集节点上,提出构造微小电容模型、采用双通道的RC充放电路方案,实现了湿度信息的检测,不仅降低系统成本,提高采样精度,而且方便检测,易于使用;通过采用温度、震动传感器,结合无线射频技术实现了信息数据的快速收发。在中心主控节点上,基于图形操作系统,设计了友好的人机交互界面,方便监护人的实时监测。(2)提出了数据滤波算法来解决系统误报、漏报问题。在对无线传感监测系统进行大量实验的基础上,通过分析正常与尿湿两种状态下的数据,我们发现:外界环境的干扰会使参考基值发生漂移、监测系统多次发生误报、漏报现象。对此,本文提出了一种改进的一阶滞后滤波器,经过多次采样和截尾均值的预处理,根据平稳度和灵敏度的优先级原则,能够随环境参数的变化,自适应、动态地调整滤波系数。MATLAB的模拟仿真结果表明,该滤波器具有良好的滤波效果,减少了系统误报、漏报的发生。最后,本文用C语言实现了算法在8位微处理器上的运行,为传感节点的数据采集与实时处理提供了可靠的保障。
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