一種基于微波雷達(dá)的人體體征監(jiān)測系統(tǒng)

權(quán)重儒 王振 劉媛媛 劉軍偉 陳薇

摘 要：人體體征監(jiān)測系統(tǒng)是一種基于微波雷達(dá)、微處理器控制、云平臺存儲和手機(jī)電腦端監(jiān)控的監(jiān)測系統(tǒng)。微波雷達(dá)通過RS-485通信將數(shù)據(jù)傳送給微處理器，再通過本地服務(wù)器和上位機(jī)處理后傳送給云平臺，從遠(yuǎn)程手機(jī)或電腦端可以實(shí)時查看相關(guān)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)既可以實(shí)時監(jiān)測人體體征信息，又可以在人體出現(xiàn)劇烈運(yùn)動（如摔倒）時發(fā)出警報(bào)，還可以在一定周期內(nèi)給出與身體健康密切相關(guān)的報(bào)告。

關(guān)鍵詞：微波雷達(dá);RS-485通信;微處理器;云平臺;客戶端

Abstract： The human body monitoring system is a monitoring system based on microwave radar， microprocessor control， cloud platform storage， and mobile computer monitoring. The microwave radar sends data to the microprocessor through RS-485 communication， and processes it through the local server and upper computer. After sending it to the cloud platform， the relevant data can be viewed in real time from the remote mobile phone or computers. The system can not only monitor human body signs in real time， but also send out alarms when the human body undergoes violent movement （such as falling）， and it can also give reports that are closely related to human health within a certain period of time.

Keywords： microwave radar; RS-485 communication; microprocessor; cloud platform; clients

《中國發(fā)展報(bào)告2020：中國人口老齡化的發(fā)展趨勢和政策》預(yù)計(jì)：“65歲+”老人5年后將破2億，2030年，中國65歲以上人口占比將超過日本，成為全球人口老齡化程度最高的國家[1]。隨著我國人口老齡化形勢日益嚴(yán)峻，養(yǎng)老問題成為社會痛點(diǎn)。獨(dú)居老人、養(yǎng)老機(jī)構(gòu)對于老人看護(hù)裝置或看護(hù)系統(tǒng)的需求強(qiáng)烈。目前，視頻監(jiān)控、可穿戴設(shè)備是已成熟并廣泛推廣的看護(hù)設(shè)備，但均存在自身缺陷。它們帶來的隱私泄露、強(qiáng)行侵入式等問題，極易讓老人產(chǎn)生排斥心理[2]。雷達(dá)探測作為一種新興技術(shù)，利用微多普勒效應(yīng)感知人體的動作，包括微小的呼吸動作，可以實(shí)時檢測室內(nèi)環(huán)境中目標(biāo)人體的身體活動情況。它與人體無接觸，不拍攝人體影像，極易使老人及其家人接受[3-5]。鑒于上述情況，本研究以微波雷達(dá)為人體感應(yīng)器，開發(fā)了一套人體體征監(jiān)測系統(tǒng)。

1 監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)的監(jiān)測系統(tǒng)是一種基于微波雷達(dá)、微處理器控制、云平臺存儲和手機(jī)電腦端監(jiān)控的養(yǎng)老機(jī)構(gòu)人體體征監(jiān)測系統(tǒng)。它既可以實(shí)時監(jiān)測人體體征信息，如呼吸、輕微運(yùn)動、大幅移動等，又可以在人體出現(xiàn)劇烈運(yùn)動（如摔倒）時發(fā)出警報(bào)，同時可以在一定周期內(nèi)給出身體體征報(bào)告，從而得到與人體身體健康密切相關(guān)的數(shù)據(jù)。

圖1為人體體征監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。監(jiān)測系統(tǒng)利用微處理器處理微波雷達(dá)發(fā)送的數(shù)據(jù)，包括無人、輕微移動、摔倒動作和光照度等信息;將采集的數(shù)據(jù)通過串口傳輸給本地服務(wù)器，并在本地服務(wù)器開發(fā)監(jiān)控界面;將本地服務(wù)器數(shù)據(jù)上傳到云平臺數(shù)據(jù)存儲區(qū)，利用手機(jī)或電腦端進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問;定期生成老人身體體征監(jiān)測報(bào)告（日報(bào)、周報(bào)、月報(bào)），根據(jù)報(bào)告提出健康建議;當(dāng)出現(xiàn)摔倒等危險(xiǎn)情況時及時發(fā)出警報(bào)，并通過客戶端提醒老人子女或親屬。

人體體征監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。從圖上可知，其主要由裝有雷達(dá)探頭的檢測裝置、微處理器、本地服務(wù)器、繼電器輸出、外圍設(shè)備、云平臺服務(wù)器以及電腦網(wǎng)頁、手機(jī)APP等7部分組成。

①裝有雷達(dá)探頭的檢測裝置。采用微波式活體存在感應(yīng)雷達(dá)探測器，產(chǎn)品采用5.8 GHz RS高增益雙饋電低阻抗技術(shù)實(shí)現(xiàn)生物體存在探測，接入RS-485系統(tǒng)作為一個數(shù)據(jù)采集單元，產(chǎn)品符合RS-485傳輸標(biāo)準(zhǔn)。

②微處理器。微處理器采用STM32系列芯片，對RS-485串口接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并傳給本地服務(wù)器和上位機(jī)。

③本地服務(wù)器。接收微處理器的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納和存儲，同時將數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)，在上位機(jī)上進(jìn)行實(shí)時狀態(tài)的監(jiān)測。

④繼電器輸出。由微處理器發(fā)送控制信號給繼電器輸出，也可由上位機(jī)發(fā)送控制指令給微處理器，然后控制繼電器輸出，繼電器輸出給外圍設(shè)備發(fā)出控制信號。

⑤外圍設(shè)備。外圍設(shè)備主要包括外圍輸出設(shè)備、燈以及報(bào)警器等。

⑥云平臺服務(wù)器。云平臺服務(wù)器接收本地服務(wù)器的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲，同時給網(wǎng)頁端或手機(jī)端提供數(shù)據(jù)接口。

⑦電腦網(wǎng)頁、手機(jī)APP。用戶可以通過電腦網(wǎng)頁、手機(jī)APP實(shí)時在云平臺上查看數(shù)據(jù)。

2 工作過程

系統(tǒng)的工作過程如下：雷達(dá)探頭安裝在老人房間內(nèi)，根據(jù)人體的活動狀態(tài)，可以探測出人體輕微移動、大幅移動以及有無人等情況，并通過RS-485口發(fā)送相應(yīng)數(shù)據(jù)。通過串口通信將雷達(dá)探測數(shù)據(jù)發(fā)送給微處理器，微處理器采用STM32系列芯片對RS-485串口接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并傳給本地服務(wù)器和上位機(jī)。本地服務(wù)器接收微處理器的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納和存儲，同時將數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)，在上位機(jī)上進(jìn)行實(shí)時狀態(tài)監(jiān)測。由微處理器發(fā)送控制信號給繼電器輸出，也可由上位機(jī)發(fā)送控制指令給微處理器，然后控制繼電器輸出，繼電器輸出給外圍設(shè)備發(fā)出控制信號。外圍設(shè)備控制燈、報(bào)警器等。云平臺服務(wù)器接收本地服務(wù)器的數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲，同時給電腦網(wǎng)頁、手機(jī)APP提供數(shù)據(jù)接口。電腦網(wǎng)頁、手機(jī)APP可以從云平臺服務(wù)器實(shí)時查看數(shù)據(jù)。

3 實(shí)現(xiàn)電路和編程

3.1 微處理器電路

微處理器選用STM32 F103C8T6，有48個引腳。它的外部與電源電路、串口通信電路及繼電器驅(qū)動電路連接。圖3為STM32 F103C8T6單片機(jī)各引腳結(jié)構(gòu)。雷達(dá)探頭給出的信號通過RS-485串口通信傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。下頁單片機(jī)根據(jù)探測到的信號控制燈或報(bào)警器輸出。

3.2 主要程序

4 結(jié)語

在老齡化問題日益嚴(yán)重的背景下，本文介紹了一種人體體征監(jiān)測系統(tǒng)，集成了微波雷達(dá)、微處理器控制、云平臺存儲和手機(jī)端、電腦端監(jiān)控等技術(shù)。系統(tǒng)既可以實(shí)時監(jiān)測老人身體體征信息，又可以在人體出現(xiàn)劇烈運(yùn)動（如摔倒）時發(fā)出警報(bào)，還可以在一定周期內(nèi)給出與身體健康密切相關(guān)的報(bào)告，可以為獨(dú)居老人、養(yǎng)老機(jī)構(gòu)提供老人看護(hù)等服務(wù)，具有較好的推廣應(yīng)用價值。

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