腕式多参数伤情监测装置

来源 :重庆邮电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fakeshushu
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据统计战场中阵亡士兵90%的情况是由于伤势未及时救治而致死,确保野外受伤士兵的生命体征安全显得尤为重要。传统医疗设备体积大,功耗高,无法满足野外使用的需求,并且采集得到的体征数据的安全无法得到保障。针对以上情况,本研究设计一款多功能小型化的可穿戴腕式多参数伤情监测装置,主要工作如下:(1)设计一款腕式可穿戴装置,用于检测血氧、心率及血压三个体征参数,通过近场通信的方式进行数据传输,满足装置小型化、低功耗需求。装置由基于MAX30102的血氧心率模块、基于MPS3117压力传感器的血压模块、基于STM32F103RCT6的核心处理模块、基于RF430CL330H的NFC模块以及OLED显示模块组成。(2)对装置所采集的脉搏波信号进行平滑滤波、去除基线漂移、峰值检测等处理,为三参数准确计算奠定基础。本研究使用Fluke Prosim8多参数生命体征模拟器对血氧心率模块和血压模块进行计算公式的参数标定以及拟合,血氧计算精度在±1%,血压测量收缩压误差均值为2.56mmHg,误差标准差为3.68mmHg;舒张压误差均值为-6.29mmHg,误差标准差为3.10mmHg,能够达到准确测量的标准。(3)从系统级层面对装置进行了低功耗设计优化。NFC模块使用功耗最低的卡模拟模式进行工作;核心处理模块结合STM32 CortexM3内核提供的停止模式,在装置测量工作流程中适时、动态地对时钟及电压进行调整;血氧心率模块通过体征参数测量结果的反馈对采样率进行调整,并设置反射光阈值来检测装置未佩戴时的情况以调低电流,降低功耗。经过测试核心处理模块在测量间隔期间电流由93.6mA降低至53.0~53.2mA,血氧心率模块在未佩戴时的电流维持在2.1~2.2mA,400Hz采样率工作电流在8.22~8.24mA,100Hz采样率工作电流降低至3.8~4.5mA。(4)为了提高本研究所采集体征数据安全性,设计了以NDEF为载体的体征数据传输帧格式,对所设计数据格式进行了NFC数据通信准确性与完整性验证。进一步对射频指纹识别技术在本装置系统中应用的可行性进行了研究和分析。通过小波变换以及双谱估计的方法对装置射频指纹特征进行了提取,之后利用支持向量机使用网格搜寻与交叉寻优的方法对4个标签400组特征数据按4:1的比例进行模型训练和测试。得到在寻优过程中模型识别准确率在85%~99.375%范围内,通过寻优结果的参数值对模型进行训练,通过测试集得到识别准确率能够达到92.5%,验证射频指纹识别技术在本系统中具有一定的可行性。
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