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基于针织柔性传感器可穿戴式无线网络的构建与测试

易红霞  
【摘要】:可穿戴无线传感器网络是指能够用于长时间、连续、动态的对人体的生理信息(心率、血压、血氧、呼吸和体温等)、人体外部环境(如温度、位置、气体成分和湿度等)和运动信息(体育运动的体能消耗、步态、轨迹以及速度等)进行无意识监测的无线网络。 智能服装不仅能够检测外界环境中有价值的信息、对这些信息做出分析,还能将分析结果进行汇聚,最终指导服装的穿着者采取相应的措施 将智能服装用于可穿戴无线传感器网络,能提高穿着舒适性,运动随意性及灵活性,有助于促进可穿戴无线传感器网络的研究朝着更亲民,更实用的方向发展。 本文提出了一种可穿戴无线传感器网络,在构建该系统的过程中,主要完成了以下几个方面的任务:(1)构建了基于ZigBee的无线网络以及终端节点和协调器节点之间的无线信号传输系统,主要通过TI公司推出位于2.4GHz频段的第二代片上系统(System On aChip,SOC)芯片—CC2530系统芯片及Q2530RF射频芯片来实现,它支持IEEE802.15.4/ZigBee协议。根据所需要采集的心跳、呼吸两个生理信号,在智能服装上设计两个终端节点,在智能服装外设计一个协调器节点,组成星状拓扑结构;(2)设计电路将针织柔性传感器接入该终端节点,加入ZigBee网络,集成传感器的智能服装将采集到的人体生理信号通过异步通信方式传输到协调器节点;(3)通过Visual Basic6.0的MSComm控件实现协调器节点与上位机之间的串口通信,使上位机能够接收到由针织柔性传感器采集到的生理信号,并调用相关函数实时显示采集到的以传感器电压变化曲线形式的人体生理信号,并将采集到的数据保存在相应的文件,以便后续查看;(4)对面积为22横列×200纵行的针织柔性传感器进行横向拉伸实验,以考察该类传感器的力-电学性能,再对面积为22横列×240纵行的针织柔性传感器进行同样的横向单向拉伸实,以验证前项实验的结论,最终得出该类传感器在现有的三组固定电阻值—7.5Ω、15Ω、30Ω中,固定电阻为7.5Ω时灵敏度最高,且其电阻值随着拉伸形变的增减而增减;(5)将该类针织柔性传感器集成在无缝内衣特定的部位,比如贴近人体心跳、呼吸对应的服装部位,并采用7.5Ω固定电阻值,测试了穿戴者心跳、呼吸信号,设计快跑5分钟、快跑后休息5分钟、快跑后休息17分钟心跳、呼吸信号采集实验,以验证该可穿戴无线传感器网络的可靠及灵敏性。


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