本文關(guān)鍵詞：鐵路司乘人員睡眠監(jiān)測系統(tǒng)的研究

  更多相關(guān)文章： 低負(fù)荷監(jiān)測 ARM 數(shù)字濾波器 特征波提取 模糊邏輯

【摘要】：安全第一,是鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)管理的第一要?jiǎng)?wù),是保證運(yùn)營的首要條件。所有與鐵路運(yùn)輸安全相關(guān)的人員中,司乘人員是核心子系統(tǒng),在事故原因中,司乘人員的各種失誤是最重要的影響因素。為了保證司乘人員的工作狀態(tài),首先要確保其有足夠的休息時(shí)間,同時(shí)還要對他們的睡眠狀況進(jìn)行監(jiān)測和評估,制定科學(xué)的出勤考核制度。目前,鐵路部門對于司乘人員班前的作息制度制定比較完善,實(shí)施和管理的比較好,但是,對于司乘人員進(jìn)入獨(dú)立空間后的睡眠狀況則缺乏科學(xué)的監(jiān)測手段和客觀的評價(jià)結(jié)果,仍以查崗的方式進(jìn)行監(jiān)控,不能有效實(shí)施安全管理。傳統(tǒng)的睡眠監(jiān)測系統(tǒng)可以解決睡眠監(jiān)測的問題,但復(fù)雜的測量手段和諸多的電極貼片,反而會(huì)影響司乘人員的正常睡眠,無法真正無縫的融入司乘人員的生活而達(dá)到保證鐵路安全運(yùn)營的目的。 為了解決這一問題,本文設(shè)計(jì)了一套低負(fù)荷的睡眠監(jiān)測系統(tǒng)。本系統(tǒng)能夠在不影響司乘人員正常睡眠的基礎(chǔ)上,采集人體由于心臟搏動(dòng)、呼吸、體動(dòng)等引起的振動(dòng)信號,并對信號進(jìn)行處理和挖掘,得出心搏率、呼吸率以及體動(dòng)頻率等參數(shù),并利用這些參數(shù)和睡眠狀況之間的耦合關(guān)系,完成對人體睡眠狀態(tài)的評估。所做的主要工作包括： 1.進(jìn)行了睡眠參數(shù)采集裝置的硬件電路設(shè)計(jì)。本文汲取了國內(nèi)外關(guān)于低負(fù)荷檢測技術(shù)的設(shè)計(jì)理念,將壓敏電纜傳感器集成在床毯上,實(shí)現(xiàn)對人體信號的無負(fù)荷采集；利用單片機(jī)作為參數(shù)采集模塊的處理器,實(shí)現(xiàn)對信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換和傳輸。所設(shè)計(jì)的硬件電路主要包括放大電路、AD轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)電路等。 2.進(jìn)行了信號處理裝置的硬件電路設(shè)計(jì)。本文以嵌入式技術(shù)為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)了套以ARM芯片作為核心處理器的嵌入式系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對信號的處理和挖掘,配合該功能要求,硬件電路設(shè)計(jì)主要包括：電源電路、存儲(chǔ)器電路、網(wǎng)絡(luò)接口電路等。 3.進(jìn)行了嵌入式系統(tǒng)軟件的核心算法研究。為了實(shí)現(xiàn)對信號的處理和挖掘,本文在綜合各種信號處理方法的基礎(chǔ)上,利用巴特沃斯數(shù)字濾波器對原始信號進(jìn)行去噪處理；并且設(shè)計(jì)了特征波的提取算法,完成了對心搏率、呼吸率、體動(dòng)次數(shù)的計(jì)算；最后設(shè)計(jì)了比對實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了兩類核心算法的可靠性。 4.進(jìn)行了睡眠分析軟件的核心算法研究。本文在分析各個(gè)睡眠識(shí)相特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,以心搏率、呼吸率以及體動(dòng)頻率作為參數(shù),設(shè)計(jì)了一套基于模糊邏輯的睡眠分期算法,完成了對人體睡眠狀況的分析,并通過實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了算法的正確性和可靠性。
【關(guān)鍵詞】：低負(fù)荷監(jiān)測 ARM 數(shù)字濾波器 特征波提取 模糊邏輯
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U298;TP274
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 目錄9-12
• 1 引言12-16
• 1.1 課題背景及研究意義12
• 1.2 低負(fù)荷睡眠監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀12-13
• 1.3 嵌入式技術(shù)簡介13-15
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容15
• 1.5 本章小結(jié)15-16
• 2 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)16-22
• 2.1 系統(tǒng)的功能需求及采集參數(shù)分析16-18
• 2.1.1 系統(tǒng)的功能需求16-17
• 2.1.2 系統(tǒng)的采集參數(shù)17
• 2.1.3 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程17-18
• 2.2 系統(tǒng)的總體方案及可行性分析18-20
• 2.2.1 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)18-19
• 2.2.2 系統(tǒng)可行性分析19-20
• 2.3 本章小結(jié)20-22
• 3 系統(tǒng)硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)22-42
• 3.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案22-23
• 3.2 床毯式信息采集裝置的硬件電路設(shè)計(jì)23-31
• 3.2.1 傳感器電路設(shè)計(jì)23-25
• 3.2.2 模擬信號處理電路設(shè)計(jì)25-26
• 3.2.3 單片機(jī)處理器電路設(shè)計(jì)26-28
• 3.2.4 AD采樣電路設(shè)計(jì)28-29
• 3.2.5 電源電路設(shè)計(jì)29-30
• 3.2.6 床毯電路的PCB設(shè)計(jì)30-31
• 3.3 床旁信息分析裝置的硬件電路設(shè)計(jì)31-41
• 3.3.1 ARM處理器選型31-33
• 3.3.2 FLASH存儲(chǔ)器電路設(shè)計(jì)33-35
• 3.3.3 SDRAM存儲(chǔ)器電路設(shè)計(jì)35
• 3.3.4 串口接口電路設(shè)計(jì)35-36
• 3.3.5 USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)36-37
• 3.3.6 網(wǎng)絡(luò)接口電路設(shè)計(jì)37-38
• 3.3.7 JTAG調(diào)試電路和復(fù)位電路設(shè)計(jì)38-39
• 3.3.8 電源電路設(shè)計(jì)39-40
• 3.3.9 嵌入式硬件的PCB設(shè)計(jì)40-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 4 嵌入式系統(tǒng)軟件的核心算法設(shè)計(jì)42-74
• 4.1 嵌入式系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)及功能簡介42-44
• 4.1.1 軟件的結(jié)構(gòu)組成42-43
• 4.1.2 軟件的啟動(dòng)流程43-44
• 4.2 嵌入式LINUX系統(tǒng)的移植44-48
• 4.2.1 引導(dǎo)程序BootLoader的移植44-45
• 4.2.2 內(nèi)核的移植45-47
• 4.2.3 根文件系統(tǒng)的生成47-48
• 4.3 驅(qū)動(dòng)程序的加載48-50
• 4.3.1 驅(qū)動(dòng)程序簡介48-49
• 4.3.2 驅(qū)動(dòng)程序基本組成49-50
• 4.3.3 驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)步驟50
• 4.4 應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)處理算法實(shí)現(xiàn)50-70
• 4.4.1 信號的預(yù)處理方法52-54
• 4.4.2 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)54-63
• 4.4.3 數(shù)據(jù)處理結(jié)果63-68
• 4.4.4 信號的特征提取68-70
• 4.5 系統(tǒng)可靠性實(shí)驗(yàn)分析70-73
• 4.5.1 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)70-71
• 4.5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析71-73
• 4.6 本章小結(jié)73-74
• 5 睡眠分期算法研究74-86
• 5.1 睡眠分期相關(guān)知識(shí)74-75
• 5.2 模糊邏輯相關(guān)知識(shí)75-77
• 5.3 睡眠分期算法研究77-81
• 5.4 測試結(jié)果及分析81-84
• 5.5 本章小結(jié)84-86
• 6 總結(jié)和展望86-88
• 6.1 工作總結(jié)86
• 6.2 展望86-88
• 參考文獻(xiàn)88-90
• 作者簡歷及攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果90-94
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集94

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：729676