摘要
现代人对于自身和家人的保健需求日益增长。在2021年7月1日，习总书记宣布中国全面建成小康社会。老百姓的生活水平在逐步提升，对健康的需求也日益旺盛，越来越多的人开始注重自身的日常健康水平。越来越多的智能设备搭载了能够监测人体心率、血氧饱和度水平的传感器。然而市面上的许多产品存在这是用局限，传统的健康监测设备功能较为单一，并且不能满足穿戴或者长时间监测的需求，另一方面，智能设备所搭载的健康监测功能相对较少。本文针对上述问题，设计一种可以穿戴设备和相应软件，相比传统健康监测设备，本文设备可实现穿戴，相比于智能设备，本文设备能够测量更多的生理健康参数。从系统功能上进行了优化，增加呼吸频率、心电、血压检测。 该设备能够测量心率、血氧、呼吸频率、体表温度、脉搏波波形以及心电波形，结合血压模型可进一步对血压进行测量。本文所涉及的检测系统由电源模块、显示模块、无线传输模块、PPG信号传感器、ECG信号传感器以及中央处理模块组成。 通过对生理电信号的进一步分析，心率检测算法选择PPG信号作为心率提取的原始信号，并设计了相应的算法解算心率；呼吸频率选择了基于变异性信号的方法将呼吸波从PPG信号中解调出来；血压的检测选择了使用神经网络模型从PPG信号估计出连续血压信号的方法，实现了信号的充分挖掘和蕴含信息的提取，采用开源数据集进行测试，心率算法的平均绝对误差为1.3次/分钟，呼吸频率的平均绝对误差为1.28次/分钟，血压检测中收缩压检测和舒张压检测的平均绝对误差分别为9.72mmHg和6.31mmHg。 在系统软件设计中，实现调度策略，保证定时的检测和减少传感器的使用时间，设计软件锁，避免在软件中断过程中公有变量资源不会被覆盖，同时也避免调度过程中出现任务调度异常、生理参数任务卡死或者调度超时的问题。 使用组装后的系统进行真人实际测试，对静息坐姿、静息站姿、轻微运动后三个状态下的人体进行实验测试。实验结果中，测得心率、血氧饱和、体温的平均绝对误差达到市售同类产品的指标，测得呼吸频率、收缩压、舒张压和参考值之间的误差较小，能够实现测量目标。功能全开的情况下，测得的峰值功率为0.163W；定时使用ECG检测功能情况下，平均功率为0.12W；不使用ECG检测功能情况下，平均功率为0.10W。
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