随着社会老龄化加剧以及心脑血管疾病年轻化趋势愈加明显,慢性疾病的发生率正逐年增高,人们的疾病预防与健康保障意识也发生了升级转变。越来越多的人开始注重日常生理信息的监测,由此促进了可穿戴生理信息监测技术的发展,与之同时受到人们关注的还有电池供电的问题。为了解决电池带来的产品寿命受限以及污染遗留问题,研究人员探索出收集人体运动能量以及环境中的微弱能量,通过换能器将其转化为电能,来为可穿戴系统供电的替代方案。基于此,本文对可穿戴生理信息监测及其自供电系统开展了研究,论文中主要的工作内容如下:首先,本文从理论上分析了压电转换与光电转换的工作机制,对比了多种压电材料以及多种光伏电池的电能输出特性,选择了PZT-5H双晶压电陶瓷片作为压电材料,柔性非晶硅太阳能电池薄膜作为光电材料。结合足部生理结构特性与运动时足底受力分布特点,设计了多种压电能量收集装置,包含拱形、六边形以及双层压电圆片阵列结构。然后以运动鞋为载体,将压电能量收集器置于足底,光电能量收集器粘接在鞋面,构成复合能量收集鞋。同时,设计了以定时器与施密特触发器为核心部件的能量存储管理控制电路,采用超级电容存储上述收集器输出的电能并作为整个系统的供电源,能量管理控制电路每隔20分钟给生理信息监测系统上电,一轮工作结束后即刻断电。其次,完成了基于STM32L1的生理信息监测系统的低功耗软硬件设计,此部分设计分为数据采集模块和数据通信模块两部分。数据采集模块中包含DW1000测距定位单元、ADS1292R心电与呼吸信号采集单元以及LIS3DH运动参数采集单元。数据通信模块则选用超低功耗蓝牙JDY-19,将数据无线传送至上位机。软件设计上,结合各单元上电开关硬件设计,实现了各单元分时工作。为了实现人体生理运动状况的判断,采集了160组心率、呼吸率与SMV值作为训练测试样本,构建了PSO-BP神经网络模型,并采用Android Studio开发平台,设计了一款上位机APP,给用户反馈监测判断结果。最后,对复合能量采集装置的输出和系统的运行进行了测试。结果表明:光电能量收集装置在室内从早上7点至晚上7点的平均输出功率达到590μW,压电能量收集装置在步行驱动下的平均输出功率达到540μW,复合能量输出功率能够稳定在1.124m W以上,即产电1.349J。对系统各单元进行数据采集测试以及功耗测试,得出系统一轮工作耗能1.04J,从能量收支平衡的角度验证了间断式自供电的可行性。