运动员生理信号的采集和数据分析系统的研究

论文摘要

生理医学信号的采集、处理是生物医学工程学中的重要分支,它为运动生理医学研究提供必要的参考数据。本文阐述了一种运动员生理信号采集与无线传输装置,它能够在不影响运动员运动的情况下,实时、准确地采集和传输运动员的生理信号。本文对运动员在运动中常需检测的几种生理信号,如脉搏信号、心电信号、肌电信号的测量理论及方法作了综合性的阐述。其中较详尽地介绍了脉搏信号的采集、处理、发射与接收的电路设计,以及数据通信和系统软件设计,并对有关数据处理环节作了实验仿真。脉搏信号具有幅值小、频率低、易受干扰等特点,因此在测量中采用了压电法实现信号的采集,并选用了PVDF压电膜传感器。在信号处理中选用具有低噪声、高精度、低功耗放大器AD620作为前置放大器,并以高、低通滤波器和工频陷波器清除干扰信号。无线通信电路采用了以nRF905为主体的设计方案,具有发射功率低、接收灵敏度高的特点,使用时对周围环境影响很小,并可方便地与单片机、计算机的串行口连接。在数据处理方面使用了AT89LV51单片机,它由8位CPU和Flash可编程擦除只读存储器组成,具有低电压、低功耗、高性能等特点,从而提供了一种灵活且低成本的嵌入式方案。在通信电路的设计中,采用RS-232和MAX3232来完成TTL电平与RS232电平之间的转换。该生理信号采集装置以其小巧、便携和低功耗的结构特点,能够在运动员训练和比赛的实际情况下,实时监测运动员的生理信号,为进一步提高运动员的竞技水平提供科学的参考依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 现状和发展
• 1.2.1 体育测试仪器
• 1.2.2 生物医学测量
• 1.2.3 生物遥测技术
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 生理参数的测量理论及方法
• 2.1 系统总体框图和基本原理
• 2.2 心电信号检测
• 2.3 肌电信号检测
• 2.4 脉搏信号检测
• 2.5 本章小结
• 第三章 脉搏信号测量系统的硬件设计
• 3.1 脉搏传感器
• 3.2 脉搏信号调理电路设计
• 3.2.1 前置级放大器
• 3.2.2 低通滤波电路设计
• 3.2.3 高通滤波电路设计
• 3.2.4 陷波电路设计
• 3.2.5 A/D模数转换
• 3.3 基于AT89LV51单片机的处理器设计
• 3.4 无线通信单元的硬件设计
• 3.4.1 射频芯片的选择
• 3.4.2 射频芯片的性能分析
• 3.4.3 发射单元与接收单元的设计
• 3.5 电源模块设计
• 3.6 本章小结
• 第四章 数据通信部分的设计
• 4.1 用RS232转换芯片实现通信
• 4.2 无线通信结构及通信协议设计
• 4.2.1 物理层PHY
• 4.2.2 介质访问控制层MAC
• 4.2.3 系统数据帧格式
• 4.2.4 CRC循环冗余码
• 4.3 无线通信协议原理及设计
• 4.3.1 通信信道模型
• 4.3.2 无线通信协议
• 4.3.3 协议的实现
• 4.4 本章小结
• 第五章 系统的软件设计与抗干扰研究
• 5.1 系统软件开发环境
• 5.1.1 Keil C51开发环境
• 5.1.2 Visual Basic 6.0可视化集成开发环境
• 5.2 系统软件设计
• 5.2.1 nRF905无线通信模块的软件编程
• 5.2.2 单片机数据采集模块的程序设计
• 5.3 实验结果与分析
• 5.4 系统可靠性与抗干扰研究
• 5.4.1 系统可靠性设计
• 5.4.2 系统的干扰现象分析
• 5.4.3 硬件抗干扰设计
• 5.4.4 软件抗干扰设计
• 5.5 本章小结
• 第六章 电路板图的设计与系统调试
• 6.1 电路板的设计
• 6.2 装置调试
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论
• 7.1 主要工作与结论
• 7.2 有待进一步研究的问题
• 参考文献
• 附录A 系统电路图
• 附录B 实物图
• 在学研究成果
• 致谢