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系統識別號 U0002-2606201223043500
中文論文名稱 HRV結合重力感應器於無線運動健康管理系統
英文論文名稱 The system interation of HRV and G-sensor for health care system
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 電機工程學系碩士在職專班
系所名稱(英) Department of Electrical Engineering
學年度 100
學期 2
出版年 101
研究生中文姓名 李詩宏
研究生英文姓名 Shih-Hung Li
學號 798440037
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2012-06-04
論文頁數 69頁
口試委員 指導教授-詹益光
委員-郭博昭
委員-詹益光
委員-李揚漢
委員-許獻聰
委員-蘇木春
中文關鍵字 HRV  G-sensor  Wi-Fi  Zigbee無線通訊系統 
英文關鍵字 HRV  Zigbee  G-sensor  Wi-Fi  wireless communication system 
學科別分類 學科別應用科學電機及電子
中文摘要 本論文主要是結合HRV組件及G-sensor以設計一無線運動健康管理系統及探討此系統之系統特性。在此系統中當人們於慢速及快速的運動中可以經由ECG的量測而穫得其HRV數據及同時經由G-sensor以穫得人們總共運動的步數。
此系統利用Zigbee接收系統以擷取HRV及G-sensor量測數據後,當經由Wi-Fi無線傳輸系統將這些數據傳送至所有有裝設Wi-Fi之設備如筆記電腦,平板電腦及智慧型手機。
此系統進行了五分鐘慢走,快走,慢跑,快跑之測試中,它記錄了人們在運動前,運動中,及運動後之HRV及總共的運動步數。由所得之測試數據我們可確知此設計無線通訊系統結合HRV與重力感應器於無線運動健康管理系統可以簡單及方便的方式將HRV及G-sensor量測數據傳至所需的位置。
英文摘要 In this thesis, we desigh and implement a wireless health care system by integrating a Heart Rate Variability (HRV) module with a G-sensor and study its system characteristics; with this system it will get the person’s HRV information through ECG measures and simultaneously to get the number of footsteps with G-sensor measurement when a person exercises in slow run and/or high speed jogging. It uses Zigbee receiving system to retrieve the HRV and G-sensor data and then the Zigbee system incorporates with Wi-Fi wireless transmission system to pass these data to all devices that equipped with Wi-Fi apparatus such as notebooks, tablet PCs and smart phones.
The system has been implemented in the tests to measure the actual HRV and footsteps of a person before, during and after 5-minute slow run and 5-minute high speed jogging. From the measurement tests it concludes that designed system can be implemented as a wireless health care system to achieve the goal of transmitting the HRV and G-sensor data in a simple and convenience manner.
論文目次 目錄
第一章 緒論...................................................................1
1.1 研究動機與目的............................................................1
1.2 研究方法..................................................................3
1.3 各章節提要................................................................5
第二章 系統單元概述...........................................................6
2.1 HRV (Heart rate variability)..............................................6
2.2 IEEE 802.15.4 / Zigbee....................................................9
2.3 Zigbee之技術優勢..........................................................11
2.4 G-sensor/線性加速器.......................................................12
2.5 G-sensor運作原理..........................................................12
第三章 系統架構與設計.........................................................17
3.1 HRV結合重力感應器於無線運動健康管理系統架構...............................17
3.2系統整合工作流程...........................................................22
第四章 系統測試與分析.........................................................23
4.1 Zigbee接收系統與Wi-Fi無線發射系統之整合介紹...............................23
4.2 Zigbee接收系統結合Wi-Fi無線發射系統之測試.................................31
4.2.1 單Zigbee無線系統於無干擾環境下距離之測試...............................35
4.2.2 Zigbee接收系統結合Wi-Fi無線發射系統在接近於無干擾環境下距離之測試......38
4.2.3 Zigbee接收系統結合Wi-Fi無線發射系統於Wi-Fi干擾嚴重環境下做距離之測試...42
4.3 HRV訊號 與G-sensor訊號之量測..............................................47
4.4 HRV結合重力感應器於無線運動健康管理系統測試分析...........................54
第五章 結論與未來展望.........................................................64
5.1 系統設計之重點............................................................64
5.2 未來展望..................................................................65

圖目錄
圖1.1 HRV結合重力感應器於無線運動健康管理系統流程圖..........................4
圖2.1 R-R interval心電圖上相鄰兩個R波間隔時間即為RR間距......................7
圖2.2 HRV模組/KY202-M1.......................................................8
圖2.3 KY202-M1 block diagram.................................................9
圖2.4 Zigbee通道之架構圖.....................................................11
圖2.5 機械結構內部電容晶格等效電路...........................................13
圖2.6 內部晶格3 軸擺放位置...................................................13
圖2.7 G 值分佈在不同軸向示意圖...............................................14
圖2.8 G 值轉換成角度基本公式.................................................14
圖2.9 各軸傾角變化對應圖.....................................................15
圖2.10 G-sensor模組/ ADXL345.................................................16
圖2.11 ADXL345 block diagram.................................................16
圖3.1 HRV結合重力感應器於無線運動健康管理系統................................17
圖3.2 Zigbee無線設備實體圖...................................................18
圖3.3 Zigbee無線設備之方塊圖.................................................18
圖3.4 HRV無線發射端系統圖....................................................19
圖3.5 HRV無線發射端之消耗電流................................................20
圖3.6 G-sensor無線發射端系統圖...............................................20
圖3.7 G-sensor無線發射端之消耗電流...........................................21
圖3.8 Zigbee無線接收端.......................................................22
圖3.9 HRV結合重力感應器於無線運動健康管理實際系統圖..........................22
圖4.1 系統測試示意圖.........................................................23
圖4.2 Zigbee與IEEE 802.11B之干擾頻帶.........................................25
圖4.3 Zigbee無線接收端連結無線寬頻路由器.....................................26
圖4.4 無線Wi-Fi 連線應用程式.................................................27
圖4.5 無線寬頻路由器登入方式.................................................27
圖4.6 HRV & G-sensor無線寬頻路由器產品頁面...................................28
圖4.7 Sony Ericsson LT15i 智慧型手機WI-FI 設定...............................29
圖4.8 Sony Ericsson LT15i 智慧型手機網頁瀏覽器...............................29
圖4.9 在智慧型手機上進入即時HRV & G-sensor DATA 初始畫面.....................30
圖4.10 2dBi & 5dBi Dipole Antenna and Antenna Assembly.......................34
圖4.11 2dBi & 5dBi Dipole Antenna H Pattern and V Pattern....................34
圖4.12 實際測試地點-臺北市市民大道地下停車場.................................35
圖4.13 為Zigbee接收端環境在無干擾環境下實際測試情況..........................36
圖4.14 2dBi天線與5dBi天線 ..............................................36
圖4.15 Zigbee系統設備與測試數據於PC端........................................37
圖4.16 Zigbee接收系統結合Wi-Fi無線發射系統在同構環境.........................39
圖4.17 2dBi天線與5dBi天線....................................................39
圖4.18 Zigbee接收系統結合Wi-Fi無線發射系統設備與測試連結.....................40
圖4.19 實測地點-辦公大樓公司內部環境.........................................43
圖4.20 無線基地台之干擾......................................................43
圖4.21 Zigbee接收系統結合Wi-Fi無線發射系統在同構環境.........................44
圖4.22 ECG實際量測圖.........................................................47
圖4.23 為G-sensor部份配戴於腰部輸出狀態......................................48
圖4.24 為MEDICAL KIT TOOLS所看到之HRV即時訊號................................50
圖4.25 可將HRV累積量測資料以Excel方式儲存....................................50
圖4.26 可將IHR數據訊號轉換成圖表方式呈現.....................................51
圖4.27 可將HF、LF之曲線變化分佈轉換成圖表方式呈現............................51
圖4.28 MEDICAL KIT TOOLS所看到之G-sensor即時訊號.............................52
圖4.29 執行acc.csv,可將累積量測資料以Excel方式儲存..........................52
圖4.30 將實際量測一分鐘內的Y 軸有傾角的變化量,以圖表方式表示................53
圖4.31 將實際量測五分鐘慢走時 Y 軸有傾角的變化量,以圖表方式表示.............55
圖4.32 將實際量測五分鐘慢走時 前,中,後IHR值,以圖表方式表示..................55
圖4.33 將實際量測五分鐘慢走時 前,中,後HF、LF值,以圖表方式表示...............56
圖4.34 將實際量測五分鐘快走時 Y 軸有傾角的變化量,以圖表方式表示.............57
圖4.35 將實際量測五分鐘快走時 前,中,後IHR值,以圖表方式表示..................58
圖4.36 將實際量測五分鐘快走時 前,中,後HF、LF值,以圖表方式表示...............58
圖4.37 將實際量測五分鐘慢跑時 Y 軸有傾角的變化量,以圖表方式表示.............59
圖4.38 將實際量測五分鐘慢跑時 前,中,後IHR值,以圖表方式表示..................60
圖4.39 將實際量測五分鐘慢跑時 前,中,後HF、LF值,以圖表方式表示...............60
圖4.40 將實際量測五分鐘快跑時 Y 軸有傾角的變化量,以圖表方式表示.............61
圖4.41 將實際量測五分鐘快跑時 前,中,後IHR值,以圖表方式表示..................61
圖4.42 將實際量測五分鐘快跑時 前,中,後HF、LF值,以圖表方式表示...............62

表目錄
表2.1 IEEE 802.15.4 使用頻帶及無線速率及調變與適用地區.......................10
表2.2 2.4GHz無線技術比較表...................................................12
表4.1 2dBi & 5dBi 之Dipole Antenna規格表.....................................33
表4.2 單Zigbee無線系統於無干擾環境下測試結果.................................37
表4.3 Zigbee接收系統結合Wi-Fi無線發射系統在接近於無干擾環境下測試結果........41
表4.4 Zigbee接收系統結合Wi-Fi無線發射系統於干擾嚴重環境下測試................45
表4.5 Zigbee接收系統結合Wi-Fi無線發射系統在接近於無干擾環境下與干擾嚴重環境下測試比較表..........................................................................46
表4.6 HRV模組資訊代表之意義..................................................49
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