坐姿状态下人体压力分布状态参数测量系统的研究

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坐姿是人类最基本的活动之一,假如人体长期处于不良的坐姿状态时,由于身体受压不平衡会导致一些疾病的发生,比如驼背、腰椎脊椎疾病以及压疮。因此,对于人体压力状态参数的测量引起广泛的关注。但是目前国内外的研究主要集中在足底压力测量以及可穿戴式健康设备方面,而对于坐姿状态下的人体压力分布的研究很少。另外,随着信息技术的飞速发展,压缩感知理论的研究日渐增多,对于布置有多个传感器节点的系统而言,研究人员提出了分布式压缩感知这一概念。本文基于柔性触觉传感器-导电橡胶设计了一个人体压力状态参数的测量系统,主要工作内容有以下几点:首先通过对比多种压力传感器的优缺点,选择了 64个填充有炭黑颗粒的导电橡胶作为该系统的压力敏感元件,利用其压阻效应,设计了一种传感器阵列,将人体压力信号转换成电压信号,从而进入后续的电路进行处理。为了简化系统结构,64个信号采集通道选择多路模拟开关分为两级进行快速切换。微处理器采用TI公司的超低功耗单片机MSP430G2553芯片,其自带有10位的ADC。信号的传输使用的是蓝牙模块。上位机实现的主要功能为信号的处理,包括数字滤波、伪彩色配色方案以及双线性插值方法,并基于分布式压缩感知的第二联合稀疏模型,减少采样值,最终形成清晰直观的人体压力分布图像。最后,应用本系统进行实际测试,实验结果表明该系统可以对人体压力的分布情况进行辨别,稳定性和分辨率较好,且能够实现人体压力分布的实时测量和显示。
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