【摘 要】
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个人健康可穿戴监测系统在医疗保健领域有着广泛的应用。可穿戴监测系统由位于身体不同的部位的不同类型传感器、传输模块和电源组成,可用于实时监测生理信号（关节弯曲、足底压力和步频等）。压力信号是人体在运动健康监测中最普遍监测的信号,测量人体不同部位的压力信号可获得丰富的生理和病理信息,对于健康监测、术后康复和体育训练等具有重要的研究价值。可穿戴监测系统的稳定性、舒适性和灵敏性是至关重要的。因此,本文以可
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个人健康可穿戴监测系统在医疗保健领域有着广泛的应用。可穿戴监测系统由位于身体不同的部位的不同类型传感器、传输模块和电源组成,可用于实时监测生理信号（关节弯曲、足底压力和步频等）。压力信号是人体在运动健康监测中最普遍监测的信号,测量人体不同部位的压力信号可获得丰富的生理和病理信息,对于健康监测、术后康复和体育训练等具有重要的研究价值。可穿戴监测系统的稳定性、舒适性和灵敏性是至关重要的。因此,本文以可穿戴监测系统为研究对象,通过制备柔性压电传感器并探究其准确性、灵敏性和稳定性等;然后围绕柔性压电传感器的可穿戴监测系统进行设计与开发,最终实现人体运动相关的压力监测。本研究首先通过将氨基化的钛酸钡与生物来源广泛的明胶和氧化硫酸软骨素共聚制备了一种具有良好压电性的复合水凝胶。通过观察其微观形貌、力学性能测试和力电响应性能测试,我们发现该复合压电水凝胶是3D多孔网状结构,具有较好的延展性和压缩性,以及低的杨氏模量。借助精密数字图形万用表我们测试了不同外力作用下该凝胶的输出信号,开展了手指/手肘弯曲信号检测和摩斯密码传感实验,结果表明该凝胶具有稳定的力电响应性,能够准确快速地响应外力的大小,具备可用于柔性传感器的物质基础。在基于所制备的柔性压电传感器上我们进一步开发了可穿戴监测系统,设计多路模拟开关电路、电荷放大电路、低通滤波电路、电平抬升电路、单片机最小系统、蓝牙通信模块、串口通讯和系统电源电路等电路。本文对以上电路都做了详细的分析和原理图设计,为可穿戴监测系统硬件平台的搭建奠定基础。单片机程序由C语言编写,实现多路模拟开关的通道切换、数据采集和转换、滤波算法、蓝牙数据传输以及与上位机建立串口通信等功能。在完成硬/软件设计后,通过调试系统,检查并完善系统设计。最后,我们对该压电水凝胶使用聚氯乙烯/聚酰亚胺柔性基板进行封装后,并与我们开发的可穿戴监测系统进行组合,获得一套完善的可穿戴柔性压电传感器监测系统。随后我们进行了手势识别、膝关节屈曲角和足底压力分布实验,均获得了符合生物力学的稳定数据,表明可穿戴柔性监测系统可应用于疾病诊断、康复治疗和运动指导训练,以及虚拟现实、人工智能等领域。
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