基于专家系统的低功耗科学健身训练仪的研究与设计

论文摘要

随着科技技术的发展,人们的体力劳动越来越多的被现代化技术装置所取代,造成劳动者得了很多现代文明病。人们意识到健身运动的重要性。但不是任何形式、任何强度的运动都能达到健身的目的。现代科学研究证明,过激、过频的运动,会使心脏负担过重,免疫功能失调,同时体内产生大量氧自由基,使机体内环境失去平衡,而损害健康；运动量过小,则机体无明显生理生化变化,机能能力未呈提高趋势,对增进健康意义不大。针对怎样才能使人们进行安全、科学的健身运动,本文设计了一种科学健身训练仪,采用无创检测人体的血氧饱和度和心率方法,实时监测静止、运动和恢复过程中血液中血氧饱和度的变化,实时监测运动中心率的变化,通过检测到的数据对运动者进行指导,使运动者处在一个合适的运动强度内,防止运动强度过大或过小,使人们更合理、更有效、更科学的进行运动锻炼,获得良好的健身效益,达到真正的健身运动目的。本文论述了以朗伯-比尔（Lambert-Beer）定律为基础的血氧饱和度及心率的测量原理和方法,并以此为依据设计系统。在硬件设计上,开发了以S3C2410为核心处理器的健身训练仪,主要包括血氧和心率信号的采集电路,前端模拟处理电路及S3C2410最小系统的搭建,并给出相应的原理图。在软件设计上,选用嵌入式Linux操作系统,并制定了系统开发过程中必需的GUN交叉编译工具链,修改、移植了Linux系统和引导装载程序（Bootloader）以及根文件系统和相关应用程序的开发。最后根据计算得到的血氧饱和度和心率设计了健身训练指导专家系统,指导人们健身训练时对运动强度的把握,科学健身。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势
• 1.3 论文的主要工作
• 1.3.1 论文的主要内容
• 1.3.2 论文创新点
• 1.4 论文的章节安排
• 第二章 血氧饱和度的测量原理和方法
• 2.1 血氧饱和度的定义
• 2.2 血氧饱和度的测量方法
• 2.2.1 有创检测
• 2.2.2 无创检测
• 2.3 血氧饱和度的测量原理
• 2.3.1 血氧饱和度测量中的光学理论基础
• 2.3.2 透射式的血氧饱和度测量原理
• 2.3.3 入射光波长的选择
• 2.3.4 测量部位的选择
• 2.3.5 影响血氧饱和度精确测量的因素
• 2.4 本章小结
• 第三章 健身训练仪系统设计
• 3.1 健身训练仪的系统框图
• 3.2 硬件结构
• 3.3 处理器的选择
• 3.3.1 ARM技术概述
• 3.3.2 基于ARM核的芯片选择
• 3.4 S3C2410处理器介绍
• 3.5 最小系统设计
• 3.5.1 电源电路设计
• 3.5.2 复位电路设计
• 3.5.3 时钟电路
• 3.5.4 JTAG接口电路设计
• 3.5.5 NandFlash存储器接口电路
• 3.5.6 SDRAM存储器接口电路
• 3.5.7 串行接口电路
• 3.5.8 LCD电路
• 3.6 前端模拟信号采集及处理电路
• 3.6.1 光源驱动电路
• 3.6.2 驱动信号时序
• 3.6.3 光电接收电路
• 3.6.4 信号分离电路
• 3.6.5 信号滤波电路
• 3.6.6 信号放大电路
• 3.6.7 电压抬升电路
• 3.7 PCB版图设计
• 3.8 本章小结
• 第四章 Linux操作系统的移植
• 4.1 建立嵌入式Linux系统
• 4.1.1 建立系统开发环境
• 4.1.2 配置系统所需内核
• 4.1.3 系统根文件系统
• 4.1.4 引导加载程序Bootloader
• 4.2 本章小结
• 第五章 健身训练仪的软件设计
• 5.1 算法设计
• 5.1.1 信号平滑算法设计
• 5.1.2 微分阈值法
• 5.1.3 血氧饱和度计算公式
• 5.2 健身训练指导专家系统的设计
• 5.2.1 健身训练指导专家系统的简介
• 5.2.2 健身训练指导专家系统功能设计
• 5.2.3 健身训练指导专家系统界面设计
• 5.3 本章小结
• 第六章 健身训练仪的系统调试和实验数据
• 6.1 硬件调试
• 6.2 软件调试
• 6.3 实验数据
• 第七章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录