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。

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.

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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