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野外探险救助信息采集技术的研究与实现

作　者: 袁信
导　师: 张珣
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: 野外救助 信息采集 血压监测 地磁导航
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


随着人们生活水平的提高，野外登山探险活动逐渐增多，随之而来的野外遇险事件频发，急需一种能够实时提供佩戴者生理信息、方向和姿态等信息的监护设备来对野外探险人员进行监测和预警。本文针对野外探险救助信息采集这一市场需求，对野外探险救助关键信息采集技术进行了研究，自主设计了应用于野外探险环境的新型动态电子血压计和数字指南针，并以二者为核心，简单搭建了野外探险救助信息监测仪。论文首先以野外信息监测和远程医疗监护为背景，介绍了国内外野外信息监测领域技术的发展现状和背景，论述研究野外探险信息采集技术的必要性与现实意义。其次，详细介绍了关键信号采集技术的各种实现方案，并在对比各方案优缺点后结合课题背景，提出本文关键信号采集方案。对于本课题而言，需要采集的关键信号主要包括血压、心率、运动方向和运动姿态等。其中血压和心率信号属于人体生理信号，通过采集体表信号经过计算获取，由动态电子血压计来实现；运动方向和运动姿态主要由方向和姿态信息监测模块即高精度电子指南针来实现。动态电子血压计选择基于脉搏波传输速度测量血压法来设计，而高精度数字指南针决定以地磁导航为理论基础。然后，讲述了动态血压计和数字指南针的软硬件设计过程及设计过程中遇到的各种困难与解决途径。脉搏波信号的稳定采集及信号相位差的计算是动态血压计设计的主要困难，在对比各种压敏传感器材料后，最终选用PVDF膜作为脉搏信号采集材料，创新性的设计了差分脉搏波传感器；指南针基于地磁导航理论，去除软硬铁干扰提高精度是其设计难点，最终依靠自校准算法将其精度提高到2°以内。最后，以无创动态血压计和三轴数字指南针为基础，结合ARM嵌入式开发平台，设计了野外探险救助信息监测仪。在以S3C2440为核心处理器的嵌入式平台上，完成了图形化界面的设计、菜单的叠加及各个模块之间实时数据的通信，并设计了数据传输格式与接口，为将来实现远程通信打下基础。系统实现了关键模块的自主设计，极大的降低了整体设计成本；采用了先进的前端信号采集方案和合适的数字信号处理算法，保证了测量参数的精确度和实时性；选用了恰当的嵌入式平台做到了动态数字化实时输出且具有友善的人机交互界面；设计了完善的数据输出格式和硬件接口，为将来进一步实现无线传输，组建野外救助监护网络打下了良好的基础。项目针对民用野外探险监护这一特定领域，无论是系统整体还是电子血压计和数字指南针两个独立模块都具有良好的应用前景。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章 绪论  11-15
  1.1 背景与意义  11
  1.2 国内外研究现状和发展趋势  11-12
  1.3 论文主要内容与创新点  12-14
    1.3.1 论文的主要内容  12-14
    1.3.2 重难点与创新点  14
  1.4 论文章节安排  14-15
第2章 野外探险救助信息采集技术原理  15-29
  2.1 动态血压测量与心率采集原理  15-20
    2.1.1 血压测量技术的发展概述  15-17
    2.1.2 基于脉搏波传输速度测量血压原理  17-20
    2.1.3 本文血压测量与心率计算方案  20
  2.2 方向与姿态信息数据的采集  20-28
    2.2.1 磁指南针技术发展概述  21-22
    2.2.2 地磁检测及其指向原理  22-24
    2.2.3 常用地磁传感器简介  24-28
    2.2.4 姿态判断意义及原理  28
    2.2.5 本文方向和姿态信息采集方案  28
  2.3 本章小结  28-29
第3章 脉搏波信号采集及动态电子血压计的实现  29-45
  3.1 设计指标及系统方案  29-30
  3.2 动态电子血压计的硬件设计  30-37
    3.2.1 相关元器件与材料的选择  30-32
    3.2.2 脉搏波传感器的设计与制作  32-33
    3.2.3 硬件电路的设计与实现  33-37
  3.3 软件的设计与实现  37-43
    3.3.1 软件开发平台简介  37
    3.3.2 软件流程图及各软件模块介绍  37-43
  3.4 软硬件连调  43-44
    3.4.1 硬件检测  43-44
    3.4.2 软件程序测试  44
    3.4.3 整机测试  44
  3.5 本章小结  44-45
第4章 方向与姿态监测模块及电子指南针的实现  45-59
  4.1 设计指标及系统方案  45-46
  4.2 电子指南针硬件设计  46-51
    4.2.1 关键元器件与材料的选择  46-49
    4.2.2 硬件电路的设计与实现  49-51
  4.3 软件的设计与实现  51-57
    4.3.1 系统初始化子程序  53-54
    4.3.2 三轴地磁信号采集  54
    4.3.3 姿态角测量  54-55
    4.3.4 数字滤波子程序  55
    4.3.5 方向角计算子程序  55-56
    4.3.6 姿态判断子程序  56
    4.3.7 显示子程序  56-57
  4.4 软硬件整体调试  57-58
    4.4.1 硬件检查  57
    4.4.2 软件检查  57
    4.4.3 系统联调  57-58
  4.5 本章小结  58-59
第5章 野外探险救助信息综合采集仪的设计  59-66
  5.1 野外探险救助信息综合采集仪的硬件设计  59-62
    5.1.1 ARM 处理平台简介  60-61
    5.1.2 系统主要功能模块介绍与相关接口电路设计  61-62
  5.2 野外探险救助信息综合采集仪软件设计  62-65
    5.2.1 嵌入式 LINUX 系统搭建  62-63
    5.2.2 基于 QT 的用户界面设计  63-65
    5.2.3 串口驱动的添加及多串口协议设计  65
  5.3 本章小结  65-66
第6章 系统各模块测试及结果分析  66-72
  6.1 生理信息采集模块即电子血压计测试数据  66-68
  6.2 方向和姿态信息采集模块即电子指南针数据测试数据  68-70
  6.3 野外探究救助信息综合采集仪整体介绍  70
  6.4 系统硬件电路设计总结  70-71
  6.5 本章小结  71-72
第7章 总结与展望  72-74
致谢  74-75
参考文献  75-78
附录  78-79
详细摘要  79-82

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 数据收集和处理系统
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