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基于NB-IoT技术的健康监测智能网关设计

基于NB-IoT技术的健康监测智能网关设计

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作者：刘艳忠北京石油化工学院

学位级别：硕士

心肺疾病,包括心血管疾病(CVD)和慢性阻塞性肺疾病(COPD),在老年人群中普遍流行。心肺疾病的早期识别、长期监测和健康管理对于逆转器官损伤和防止进一步加重至关重要。然而,大多数家庭健康监测(HHM)设备需要与特定的智能手机应用程序关... 详细信息

心肺疾病,包括心血管疾病(CVD)和慢性阻塞性肺疾病(COPD),在老年人群中普遍流行。心肺疾病的早期识别、长期监测和健康管理对于逆转器官损伤和防止进一步加重至关重要。然而,大多数家庭健康监测(HHM)设备需要与特定的智能手机应用程序关联,这导致了监测多个健康指标的操作变得复杂,阻碍了多指标综合分析的可行性。因此,本文设计了一款智能网关,以减少HHM对智能手机的依赖,实现对多个健康指标的同步监测,提高可用性,更好地服务于老年人口。本文还基于该网关设计了基于智能网关的人体心肺健康监测系统,该系统可同时监测心电图(ECG)、肺功能、血压和血氧水平(Sp O2),通过智能网关的边缘计算能力对数据进行实时处理和分析,并实时将心肺健康状况显示在屏幕上。该智能网关嵌入了专门设计的CNN-LSTM人工智能模型,实现了边缘心电信号的实时识别。本课题研究内容如下:(1)智能网关的硬件架构及固件设计:智能网关的主控模块采用性能较高的STM32F429I-Discovery单片机实现对蓝牙模块的驱动,数据的收发、边缘计算、显示,以及对异常心电信号的智能检测;网关与便携式健康监测设备的通信模块采用BLE5.2蓝牙模块WH-BLE106,与云平台的通信模块采用NB-IoT模块WH-NB73-BA。(2)心电异常智能检测模型的设计:基于神经网络的方法,结合心电数据特点,提出一种CNN-LSTM算法模型,该模型用于智能网关对实时心电信号进行异常检测,使网关智能化,缩减正常心电数据的上传量。(3)基于智能网关的心肺健康监测系统设计:该系统将智能网关与学院的健康管理云平台打通,采用市场上的便携式健康监测设备采集数据,网关通过蓝牙接收数据并对数据进行一系列处理,将数据统一发送给人体心肺健康管理云平台。通过测试和评估,该系统可以实现人体心肺健康监测的功用,具有较广泛的应用场景,以及较大的推广价值。

关键词： NB-IoT 智能网关心肺健康监测边缘计算心电信号识别

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