基于MEMS传感器网络的帕金森病姿态监测和评估系统设计(2)
与传统监护方法相比，人体姿态监测技术可以实现低生理、心理负担情况下的人体生理信息的采集，具有体积小、功耗小、成本低、方便携带等优点。同时它的应用极大地提高了医疗资源共享效率，增加了紧急情况处理的及时性。
对人体姿态进行实时监测，在PD患者日常健康监测方面具有重大的实用价值。国外该领域的研究开展较早，且取得了丰富的研究成果，国内该领域尚处于起步阶段。随着人们个人健康意识的增强，人体姿态监测技术将具有广阔的应用前景。
1.2 国内外研究现状
1.3 研究内容
本课题以ARM7系列的STM32为核心、结合无线传感器网络，对佩戴于脚踝、大腿及躯干处的三轴加速度计MPU6050输出的加速度数据进行处理、分类和比较，并辅助相应算法实现人体平躺、坐姿、站姿、行走、起立等日常姿态的识别。系统主要分为三个部分：数据采集节点、与上位机通信节点、上位机PC。监测系统中，MPU6050用于采集人体的加速度信息，STM32用于转发信息至nRF24L01模块，通过该模块的无线收发功能实现数据采集节点与上位机的通信 ，上位机PC通过LabVIEW实现数据的实时串口通信并分析处理数据，实现人体姿态的正确分类。另外，设计一个将电路板和电源包装起来的外壳，便于佩戴。
2 系统硬件设计
2.1 系统总体设计
该系统的主要目的是实时地监测PD患者的姿态，并将姿态分类显示在PC机上。所以，系统主要由三个部分组成：数据采集节点、与上位机通信节点、上位机PC，其结构如图2.1。
数据采集节点部分用来同步采集PD患者的加速度信息，并且通过无线传输模块将数据发送出去，故每个数据采集节点由三个主要模块组成：采集加速度的MPU6050模块、用于无线发送数据的nRF24L01模块和用来控制的STM32模块。
与上位机通信节点用来接收数据采集节点发出的加速度信息并转换为与上位机PC兼容的数字信号，由nRF24L01模块和RS232-USB接口转换器组成。
上位机PC中，主要用来处理加速度的数据，编写程序实现人体姿态的分类并且显示出来。
图2.1 系统总体框图
2.2 微处理器电路设计
2.2.1 微处理器选型
该系统的设计采用STM32F103RE微处理器，与51系列单片机相比，STM32F103RE微处理器的性能更加强大，但是该芯片的开发与使用和51单片机一样方便。STM32F103RE芯片特点如下：
（1）运算速度
STM32F103RE芯片的最高工作频率为72MHz，该系统主要针对的是PD患者，在监测过程中，不可能出现剧烈运动，所以该芯片的工作频率满足要求。
（2）芯片价格
在选择微处理器时，芯片价格是很重要的影响因素，通过调查发现，STM32F103RE芯片的价格大约是40元，这个价格还是可以接受的，性价比较高。
（3）芯片内部存储
STM32F103RE芯片具有大容量的内部存储空间，其中包括：高达64K的SRAM、带四个片选的静态存储器控制器、512K的程序存储器等。
（4）外设功能
STM32F103RE芯片有庞大的外设功能，其中包括：3个 s级别12位模数转换器；2通道12位数模转换器；12通道DMA控制器；112个快速I/O端口，所有I/O口可以映射到16个外部中断；11个定时器；13个通信接口。
（5）芯片功耗
该系统最终是佩戴于PD患者身体上的，为了长时间使用，要求芯片的功耗较低，STM32F103RE芯片有三种低功耗模式：睡眠、停机和待机，是比较省电的，符合要求。