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低功耗多功能穿戴式感測器的設計與實現

為了解決wifi不定時斷線的問題，作者鄭祐強 這樣論述：

在本論文中設計出一款低功耗多功能的穿戴式生理感測器，使用五種不同的感測器來量測六種生理訊號，包含穿戴者的心電圖 (Electrocardiography) 訊號、呼吸時的胸腔阻抗變化、三軸運動軌跡、九軸運動軌跡、不同環境的溫濕度變化。並使用微控制器整合感測到的生理訊號，透過藍芽低功耗 (Bluetooth low energy, BLE)將資料傳輸至行動裝置，或者將資料傳送至快閃記憶體 (NAND flash)內儲存。在本穿戴式感測器的系統設計中，我們提供兩種操作模式: ECG-9axis模式與ECG-3axis模式，讓穿戴者可已依據自身需求切換模式。另外資料儲存方面提供兩種操作版本: BL

E版本與NAND flash版本，讓穿戴者在無法使用藍芽低功耗的環境下，也能將資料內存在裝置內。在藍芽低功耗版本下，我們設計藍芽自動回連機制，在藍芽意外斷線的情境下，也能自動與接收裝置回連。另外我們開發了心率偵測演算法，評估心電圖訊號品質。當心電圖訊號品質不佳時，感測器會發出警示燈，提醒穿戴者重新穿戴感測器。本穿戴式感測器使用一顆300毫安時的電池作為電源供應。在功率消耗方面，未實現系統設計之前，ECG-9axis模式下的平均電流為7.91毫安，ECG-3axis模式下的平均電流為4.75毫安。經過系統設計後，ECG-9axis模式NAND flash版本下平均電流為6.14毫安，減少了22.

43%的電流消耗，使用時間約為48.84小時。ECG-3axis模式NAND flash版本下平均電流為3.26毫安，減少了31.39%的電流消耗，使用時間約為91.87小時。為了延長快閃記憶體的儲存時間，我們實現了無損心電圖訊號壓縮，壓縮率為2.93。在ECG-9axis模式下，儲存時間延長了1.64倍，可儲存45.76小時的資料。在ECG-3axis模式下，儲存時間延長了2.24倍，可儲存85.76小時的資料，近乎是三天半的時間。除了穿戴式感測器的設計之外，我們也應用感測器內的三軸加速度計，替長期臥床的病患，開發翻身姿態辨識系統，在十一位志願者與一個假人病患的實驗下，48 次的翻身均可百分

之百辨識。由於長期臥床的病患需要定時的去翻身避免褥瘡的發生，本系統可以記錄穿戴者翻身的姿態跟時間，另外也可以透過行動裝置上的應用程式監控翻身姿態次數，確保病患的醫療品質與改善人力管理。