Respiration Monitoring Module을 활용한 생체 데이터 관리 시스템 설계 및 구현

Abstract

생체신호는 인체에서 발생되는 신호이며 신호 별 측정디바이스를 이용하여 생체신호를 측정한다. 생체신호에는 심박 수, 심전도, 뇌전도, 호흡운동 등이 있다. 심박 수 측정은 Pulse sensor의 중앙의 LED에서 나오는 빛을 손가락에 투과시켜 혈류량에 따라 반사되는 빛의 양을 감지하여 전기신호로 변환하고 심박 수 데이터를 얻는다. 심전도는 심장의 전기적 활동을 기록한 것이며 ECG-EMG Shield를 이용하여 측정한다. 전극을 통하여 얻은 심전도 파형을 분석하여 심장 박동의 이상을 확인한다. 뇌전도는 신경계에서 뇌신경 사이에 신호가 전달될 때 생기는 전기의 흐름이다. 뇌전도 측정은 OpenBCI를 이용한다. 본 논문은 원격탐사를 위한 관리 시스템을 제안하고 RMM을 설계하고 구현한다. RMM은 비접촉식 센서 모듈이다. 호흡운동은 산화과정에 필요한 산소를 받아들이고 산화과정 결과 생성된 이산화탄소를 배출하는 것을 일컫는다. 호흡운동 레이더 센서를 이용하여 측정한다. 공기 중의 이산화탄소 양의 변화 및 대상과의 거리 변화를 모니터링하여 측정 할 수도 있다. 그러나 이러한 방법은 장거리에 있는 측정 대상에 대한 데이터 수집이 다소 번거로울 수 있다. 호흡운동은 폐의 수축, 이완을 통해 폐의 상하운동으로 나타나며 이러한 특성을 이용하여 RMM(Respiration monitoring module)을 사용한다. RMM은 레이더를 이용하여 대상을 감지하며 대상의 움직임을 분석하여 호흡운동 판단 여부를 결정한다. 생체 데이터 관리 시스템을 설계하기 위해 RMM(Respiration monitoring module)을 분석하고 센서 모듈 사용법에 대한 매뉴얼을 작성한다. PC와 시리얼 포트를 통해 프로토콜에 따라 양방향 통신을 수행한다. 통신을 통해 받은 데이터를 선택적 데이터 추출을 위한 소프트웨어를 구현한다. 추출한 데이터를 JSON파일 형식으로 저장하고 관리하는 시스템을 구현한다. 또한 신호를 그래프형식으로 나타내는 모듈을 구현하여 제대로 된 값이 넘어 오는지 확인가능하며 통신 속도에 따른 성능을 체크한다. 실험 결과 RMM은 실제 호흡운동 측정과 관련 소프트웨어를 구현하고 해결하는 데 유용하다는 것을 보여주며 실제적 인터페이스를 다루는 노하우 및 문서를 제안한다. 따라서 생체신호를 이용한 제품을 구현하는 개발자를 위한 최적의 개발 환경을 제공하며 제안된 RMM 접근 방식을 기반으로 한 더 많은 응용프로그램이 개발 될 가능성을 보여준다.;This thesis deals with the RMM (Respiration monitoring module) to design a biometric data management system and prepare a practical manual on how to use the sensor module. The designed system requires the two-way communication using a protocol through the PC and RMM modules using the USB-serial port. Software is proposed to extract data that is received through serial communication. For the flexible data management, all the data stored in the JSON file format. In addition, the detailed documents for the developer are provided for the optimal software. Development environment which includes implementing biological signals by implementing modules for displaying signals in a graphical presentations. Biological signals are naturally generated by the human body. These include heart rate, electrical activity in the heart and brain, and respiration, and they measured by analog signal measuring device. To measure the heart rate, LED light can be transmitted at the center of the pulse sensor to a finger to detect the amount of light reflected due to changes in the blood flow. After signals are received, they are converted into an digital signal to obtain the corresponding heart rate data. An electrocardiogram (ECG) is a recording of the electrical activity of the heart and is captured using an ECG-EMG shield. Furthermore, there may be more check for heartbeat abnormalities by analyzing electrocardiographic waveforms obtained from the electrodes. For the case of an electroencephalogram (EEG), data is obtained and the current flow of electricity, which occurs when signals are transmitted along cranial nerves in the nervous system. In this thesis, management system for remote sensing is proposed and RMM is designed and implemented. RMM is a non-contact type sensor measurement module. Respiration refers to the intake of oxygen required for the oxidation process and the release of carbon dioxide produced by the oxidation process. Respiration is measured by using a radar technology. it can also be measured by monitoring the changes in distances and CO2 quantity in the air. However, these method are somewhat troublesome in long distance data gathering around human body. Respiration is the movement of lungs up and down through their contraction and relaxation. An RMM (Respiration monitoring module) is designed to use this characteristic. RMM determines respiration activity by detecting an object and analyzing the movement of the object through use of a radar technique. Experimental results shows RMM is useful to implement and solve the real problems and application. Technical know-how and documents to treat real interface of procedural functions are proposed. There could be more applications based on suggested RMM approaches.