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闭环式睡眠监测及助眠服务系统的设计与实现

甘奕  
【摘要】:我国经济的迅速发展导致人们的生活压力越来越大,进而导致了失眠人口的比例越来越高。根据《中国睡眠指数报告》显示,超过90%的民众睡眠质量达不到“良好”,睡眠问题普遍存在。传统的睡眠监测仪一类为检测功能全面的PSG多导睡眠监测仪,但体积过大,费用较高,需要专业人员操作,由于监测时对人体造成很大不适,导致其无法进行长时间监测;另一类虽然体积较小,价格低廉,操作简便,但检测功能单一,测试结果精度较低,且更加无法起到睡眠干预的效果。因此,设计一款适用于家庭使用、操作简单、检测结果精确、同时能够进行科学有效的睡眠干预闭环式睡眠监测及助眠服务系统,对改善用户睡眠质量问题具有重要的意义。首先,本文简要介绍了睡眠分期以及各期特性,睡眠状态一般分为快动眼睡眠和非快动眼睡眠。同时简要介绍了 RK标准,RK标准将NREM分成4期,详细介绍了 N1、N、N3以及REM各期特性。随后介绍了人体体动信号有三种测量模式:过零检测模式,时间阈值检测模式和数字积分检测模式,基于人体体动信号测量模式建立睡眠监测模型以及体动活动信号睡眠监测相关性以及优点,随后介绍了本文睡眠算法,重点介绍了滑动平均滤波算法跟低通滤波算法,睡眠参数的标定选取以及睡眠状态的判定。其次,设计了本文的系统硬件。硬件方面主要分为睡眠灯模块与睡眠纽扣模块。睡眠灯模块主要有系统电源模块、数字控制单元、数据存储单元、WIFI通信模块、LCD液晶显示模块以及睡眠灯灯珠的设计。睡眠纽扣模块主要介绍了几款加速度传感器及其性能参数、蓝牙通信模块的设计,重点介绍了加速度传感器绝对噪声水平测试实验,选出合适的加速度传感器,最后简要介绍了睡眠灯模块与睡眠纽扣模块的蓝牙通信稳定性测试。再次,设计了本文的系统软件,软件方面主要介绍了 LCD显控单元、移动终端单元、后台服务系统以及系统软件的操作与运行。LCD显控单元主要介绍了基于uC/OS-III嵌入式实时操作系统、STemWin图形用户界面的设计,重点介绍了闹钟、蓝牙、WIFI的设计流程。移动终端单元主要介绍了用户信息管理、助眠模式、睡眠日志以及设置功能的设计流程。后台服务系统主要介绍了与睡眠灯以及移动终端进行数据通信、用户睡眠数据的分析计算以及助用户睡眠数据的存储。最后详细介绍了 LCD显示单元与移动终端单元的操作与运行。最后通过与视频睡眠监测做对比实验,对本文睡眠监测系统的有效性和准确性进行验证,实验结果表明,本文设计的睡眠监测系统重测量结果准确,能够较好的对人体睡眠状态进行分类,同时为了验证本文睡眠监测系统能够对睡眠时间段人的离床与在床状态进行区分,进行了试验验证,试验结果表明在不同睡姿情况下,除了传感器位置在小腿部位之外,都能够对离床状态进行有效区分,进而能够更好地分析人体睡眠质量。


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