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步态监测系统的嵌入式软件设计与实现的开题报告
一、研究背景和意义
近年来，随着人口老龄化的加剧，关节疾病的发病率也不断上升。其中，髋关节疾病是影响老年人生活质量的常见病之一。髋关节置换手术是治疗髋关节疾病的有效手段之一，但手术后恢复过程需要长时间的康复训练。而且，康复训练过程中，患者能否保持正确的姿态和步态，对恢复效果起着至关重要的作用。因此，如何监测患者的步态信息，及时发现和纠正错误的步态，成为了康复训练工作中的重要问题。
现有的步态监测系统大多需要通过外部传感器或设备采集步态数据，不能实现实时监测和反馈。同时，这些传感器或设备往往需要精密的位置校准和复杂的系统配置，使用起来不太方便。因此，开发一种嵌入式的步态监测系统，能够自动采集、处理和显示步态数据，具有实时性和便携性，对于康复训练具有重要的意义。
二、研究目标和内容
本研究旨在开发一种嵌入式的步态监测系统，能够实现自动采集、处理和显示步态数据，具有实时性和便携性，可以有效地监测患者的步态信息，帮助康复训练工作。具体研究内容如下：
1.系统硬件设计：设计一种硬件结构，包括传感器、处理器和显示器等组件，能够实现步态数据的采集、处理和显示。
2.系统软件设计：设计嵌入式软件，包括数据采集、信号处理、步态分析和信息显示等模块，能够实现对步态信息的实时监测和反馈。
3.系统测试与优化：对步态监测系统进行实验测试和性能评价，根据实验结果对系统进行优化和改进。
三、研究方法和步骤
本研究主要采用以下方法和步骤：
1.工程设计流程：采用一般工程设计流程，包括需求分析、方案设计、模块实现、系统测试等环节，逐步完成步态监测系统的设计和实现。
2.基于MCU的系统设计：选用一种适合于嵌入式系统设计的微控制器单元（MCU），根据系统硬件架构进行外设的选型、连接方式的设计。
3.嵌入式软件开发：使用C语言进行嵌入式软件的开发，分为数据采集、信号处理、步态分析和信息显示等模块，完成对步态信息的实时监测和反馈。
4.系统测试与优化：对步态监测系统进行实验测试，记录实验数据，根据实验结果对系统进行优化和改进。
四、研究预期成果
本研究预期通过硬件和软件的设计和实现，开发一种嵌入式的步态监测系统，能够自动采集、处理和显示步态数据，具有实时性和便携性，可以有效地监测患者的步态信息，帮助康复训练工作。具体预期成果如下：
1.步态监测系统硬件设计方案：包括传感器组件、处理器组件和显示器组件等。
2.嵌入式软件代码：完成数据采集、信号处理、步态分析和信息显示等模块，并进行测试验证。
3.系统测试报告：记录实验数据，对系统进行性能评价和优化改进，撰写系统测试报告。
五、研究进度安排
根据研究计划，本研究预计的进度安排如下：
1.需求分析和系统架构设计：第1周至第2周。
2.系统硬件设计和组装：第3周至第5周。
3.嵌入式软件实现和调试：第6周至第8周。
4.系统测试和性能评价：第9周至第11周。
5.撰写论文和报告：第12周至第14周。
六、参考文献
1.王弋，张扬.步态分析应用综述［J］.科技与创新,2017,(01):148-149.
2.Liu,Y.,Wang,N.,&Tao,Q.(2019).Gaitanalysisusingwearablesensors.Sensors,19(8),1983.
3.Tharp,D.F.,&Zivanovic,V.(2017).Areviewofportablegaitanalysisdevicesforclinicalandresearchapplications.Medicaldevices(Auckland,NZ),10,245.
4.Zhou,H.,Hu,H.,&Liu,T.(2019).Developmentofawearablegaitanalysissystembasedonalow-powermicrocontroller.Journalofmedicalsystems,43(9),296.
5.He,J.,Li,L.,Li,G.,Zhang,W.,&Yang,X.(2020).Designandsimulationofawearablegaitmonitoringsystembasedontheinternetofthings.IEEEAccess,8,52699-52708.