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研究生:張得宜
研究生(外文):Te-Yi Chang
論文名稱:發展Zigbee傳輸應用於嬰兒呼吸監控系統
論文名稱(外文):Applications of Zigbee for Infant Breathing Monitor System
指導教授:黃執中
指導教授(外文):Chih-Chung Huang
口試委員:崔博翔莊岳儒
口試委員(外文):Po-Hsiang TsuiYue-Ru Chuang
口試日期:2011/7/4
學位類別:碩士
校院名稱:輔仁大學
系所名稱:電機工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:57
中文關鍵詞:PVDF感測器呼吸監控嬰兒猝死
外文關鍵詞:PVDF sensorZigbeeSudden infant death syndromeBreathing monitorSkype
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目前各國的生育率都在降低,在全世界政府都在想辦法提高生育率的同時,如何降低嬰幼兒的死亡率,相對也是一個非常重要的議題,但嬰兒猝死症(sudden infant death syndrome :SIDS)仍然是嬰兒主要的死亡原因之一,根據美國疾病管制中心(Centers for Disease Control and Prevention, CDC)的統計,在美國地區嬰兒猝死症發生率,在西元1983年時嬰兒死於嬰兒猝死症約1.4%,到西元2005年時嬰兒死於嬰兒猝死症仍然有0.5% ,這樣的數據並不包括因為呼吸中止所造成的傷害。本論文的主要目的是在醫院及家庭中建立一套低單價、低功耗、無線傳輸及多目標監控的嬰兒呼吸監控系統,本系統透過PVDF感測器,感測嬰兒呼吸時其腹腔微小的變化,再透過Zigbee通訊協定,把資料傳給PC端的監控軟體,當嬰兒發生呼吸異常時,PC端監控軟體會透用SKYPE Server的雲端服務,傳出手機簡訊通知相關人員,即使護理人員或父母在遠距離的地方,仍可以透過手機網路監控嬰兒呼吸狀況。本研究成功的實現了無線嬰兒呼吸監控系統,同時具有低功耗,低成本及多目標偵測,並透過網際網路更可以實現遠距醫療的目標,在Client device部分因為體積小及無線的特性,所以更適合給嬰兒使用。
This paper describes an infant breathing monitor system based on Zigbee. The main purpose was to prevent SIDS (Sudden infant death syndrome) via a breathing monitor system. This system was composed by breathing signal capture unit, instrument amplifier, active filter, Zigbee server device, and PC software. This system used a PVDF sensor as a breathing monitor detector. This sensor is able to detect a small movement of belly which is caused by an infant breathing. In signal capture and filter unit, an IA amplifier was used to amplify a breathing signal, and noise was filtered by an active filter. The CC2430 built-in 12 bit ADC could transfer breathing signal data from analog to digital. Thus Micro-process processes and transfers digital breathing signal data to server client device by a Zigbee protocol. PC Software would send SMS to the parent or doctor by Skype once breath interval time of an infant is over setting value. This system was designed on 3V power system.
摘 要 i
英文摘要 ii
誌 謝 iii
目 錄 iv
表 目 錄 vi
圖 目 錄 vii
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究方法 2
1.3 論文架構 3
第二章 基本理論 4
2.1人體呼吸過程 4
2.2嬰兒呼吸特徵 5
2.3 非侵入式呼吸偵測介紹 7
2.3.1氣墊感測式 7
2.3.2熱敏電阻測感式 8
2.3.3靜電感應毯式 9
2.3.4氣流感測式 10
2.3.5高分子壓電薄膜感測式 10
2.4 PVDF感測器介紹 11
2.4.1壓電效應原理 12
2.4.2正壓電效應 12
2.3.3逆壓電效應 13
2.3.4 PVDF感測器結構 13
2.3.5 PVDF感測器應用電路介紹 15
2.5 Zigbee通訊協定的由來 18
2.6 Zigbee的堆疊架構介紹 20
2.6.1 IEEE 802.15.4通訊協定 21
2.6.2 IEEE 802.15.4實體層 21
2.6.3 IEEE 802.15.4媒體存取控制層 22
2.6.4 Zigbee通訊協定 25
2.6.5網路層 25
2.6.6應用層 27
2.7無線通訊協定之比較 28
2.8 Zigbee在生醫上的應用 29
第三章 系統分析與設計 30
3.1硬體系統架構之介紹 30
3.1.1嬰兒呼吸監控器Client device硬體架構 30
3.1.2嬰兒呼吸監控器Server device硬體架構 31
3.2硬體電路之說明 32
3.2.1 PVDF感測器 34
3.2.2儀表放大器 34
3.2.3主動濾波器 36
3.2.4參考電壓電路 37
3.2.5 TI CC2430 SOC IC介紹 37
3.3系統軟體架構之介紹 40
3.4呼吸偵測感測器軟體設計 41
3.5 VB人機介面程式開發 46
3.6 Skype API程式開發 47
第四章 結果與討論 48
4.1系統設定 48
4.2系統測試及結果 49
第五章 結論與未來展望 54
5.1結論 54
5.2未來展望 54
參考文獻 56

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