基于激励工程的新型鼠标的设计

论文摘要

随着高新技术的迅速涌现,产品的设计正在向多功能化不断发展,同时也为使用者提供了越来越多的便利。但是,目前市场上绝大多数产品在设计上往往忽略了使用者在长期使用产品过程中可能出现的身体机能的退化、健康状况的损害。由此,天津大学长江学者、美国南加州大学教授卢志扬博士提出了激励工程的概念。该理论旨在建立一个融合现代科技与人体系统理论的新的科学研究理论,在该理论指导下设计出新一代的产品,在完成产品本身功能的同时可以起到激励人体潜能和增强人体健康的作用。鉴于鼠标的普遍应用以及血流参数和脉搏血氧饱和度在人体心血管系统、呼吸系统评估中的重要作用,本文应用光电容积脉搏波描记法(PPG)原理,率先进行基于激励工程设计理念的产品开发,设计了一种新型鼠标。该鼠标可以在正常使用过程中,对鼠标使用者进行血流参数和脉搏血氧饱和度的无创检测,评估鼠标使用者的健康状况。本文重点研究了基于激励工程设计理念的PPG信号检测系统和数据处理算法的设计与实现,并通过评估试验证明系统设计合理,性能良好。其中创新性研究包括以下几个方面:1.依据激励工程设计理念,以微弱信号检测技术为基础,应用现代微处理器、集成电路技术,设计了符合激励工程要求的PPG信号检测与采集系统。该系统借助ADuC845强大的数据采集性能,在保证精度的前提下,有效的增大系统检测的动态范围,避免了由于运动干扰引起的PPG信号饱和失真,避免了检测时对鼠标使用者的刻意要求。2.鉴于本系统特有的检测方式,检测数据中含有大量无用冗余数据。为此提出了一种微分算法用于提取PPG信号、去除无用数据,经实验证实确实准确、有效。3.由于运动伪差对后续计算的严重影响,本文深入分析了运动伪差的产生机理后,创新性的提出基于数学形态学的运动伪差剔除法,并取得了良好效果。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 激励工程的概念
• 1.1.1 激励工程与生物医学工程的关系
• 1.1.2 激励工程所研究的问题
• 1.2 基于激励工程设计理念的鼠标总体设计
• 1.2.1 载体的选择
• 1.2.2 检测指标的选择
• 1.2.3 系统整体设计
• 1.3 本文的主要内容及意义
• 第二章 光电容积脉搏波描记法原理及其应用
• 2.1 光电容积脉搏波描记法
• 2.1.1 光电容积脉搏波描记法原理
• 2.1.2 与PPG 有关的基础性研究工作
• 2.2 基于PPG 的血流参数检测
• 2.2.1 血流参数检测原理
• 2.2.2 主要检测指标
• 2.3 基于PPG 的脉搏血氧饱和度检测
• 2 测量的基本原理'>2.3.1 So₂测量的基本原理
• 2 测量的基本原理'>2.3.2 脉搏式So₂测量的基本原理
• 2.3.3 测量光波长的选择
• 2.4 本章小结
• 第三章 系统硬件和软件设计
• 3.1 概述
• 3.2 PPG 信号检测电路
• 3.2.1 传感器的结构设计
• 3.2.2 光源及其驱动电路
• 3.2.3 光信号拾取电路的设计
• 3.2.4 信号调理电路设计
• 3.3 基于ADuC845 的超高精度数据采集系统
• 3.3.1 ADuC845 简介
• 3.3.2 Σ-Δ型模数转换器
• 3.3.3 ADuC845 中Σ-ΔADC 的应用
• 3.3.4 数据采集系统的设置
• 3.3.5 ADuC845 内程序设计
• 3.4 系统机内应用程序设计
• 3.4.1 Windows 编程的特点
• 3.4.2 串口控件介绍
• 3.4.3 程序设计与运行
• 3.5 本章小结
• 第四章 数据处理
• 4.1 概述
• 4.2 PPG 信号的提取
• 4.2.1 差分算法的基本原理
• 4.2.2 算法提出
• 4.3 运动伪差的剔除
• 4.3.1 运动伪差
• 4.3.2 常见运动伪差剔除法
• 4.3.3 基于数学形态学的运动伪差剔除法
• 4.4 特征点提取
• 4.4.1 PPG 信号周期识别
• 4.4.2 特征点识别
• 4.5 本章小节
• 第五章 系统定标与评估实验
• 5.1 系统定标
• 5.2 系统评估实验设计与分析
• 5.3 本章小节
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 硕士期间发表论文和参加科研情况
• 致谢