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今天分享一个“基于毫米波雷达的睡眠监测仪”作品#xff01;
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来仔细瞧瞧#xff01; 一、项目原理及硬件制作 毫米波是指频率…很久不分享手搓党作品拉
今天分享一个“基于毫米波雷达的睡眠监测仪”作品
用Air700E开发板毫米波雷达手搓一个开箱即用的睡眠监测仪不花冤枉钱
来仔细瞧瞧 一、项目原理及硬件制作 毫米波是指频率范围从30-300GHz的电磁波它的波长很短雷达发射的毫米波会随人体反射回来同时人体微小的移动会改变毫米波。有了这些变化雷达可以计算出人体移动的距离速度以及方向。
- 项目原理 -
毫米波雷达测人体胸腔起伏根据起伏计算心率和呼吸频率然后通过算法推算睡眠状态使用手机小程序读取和展示数据。 相比市面上的手环毫米波雷达无需佩戴即可实现无感体验的隐形监测。
- 主要物料 -
本文睡眠监测仪主要硬件物料包含毫米波雷达R60ABD1、合宙Air700E开发板、传感器AHT20、BH1750等等、底板和外壳。除了底板需要打板和外壳需要3D打印其他零件都可以在网上购买组装。
01. 毫米波雷达R60ABD1
常见的毫米波雷达有24/60/77GHz三种原理上频率越高雷达感知的微动幅度越小。这款60GHz自带睡眠监测功能的毫米波雷达它很接近我的想法。 02. 合宙Air700E开发板
按照以往经验睡眠监测仪最简单直接的做法是找一块开发板连上雷达串口将雷达数据通过蓝牙转发出去客户端通过蓝牙读取雷达数据然后展示出来。
但为了让家里的老人也能用我打算加上远程看护的功能所以这里要改用可以Wi-Fi或者4G通信的开发板还要部署一套存放和查询数据的后端服务。 虽然我对开发板选型没有任何偏好但觉得有必要把吃灰的羊毛利用起来——以前入手的合宙Air700E开发板不仅性价比高而且可以用Lua写嵌入式特别适合。
03. 自制底板可选
自制的底板用于整合Air700E开发板、毫米波雷达R60ABD1和其他传感器AHT20、BH1750等等。 所以其实即使没有底板用杜邦线连接它们然后刷入固件也可以在小程序验证毫米波雷达的睡眠监测能力。不过为了避免验证过程中发生各种问题我还是建议用底板验证。
04. 自制外壳可选
设计外壳时要注意到雷达的距离最好是半波长的整数倍加上USB口和按键硬件图形就出来了。为了方便调试外壳保留了开发板上的开机键和关机键。 - 硬件组装 -
拿到板子开始组装先焊接元器件和Air700E开发板再装雷达。可以看到堆叠后雷达和Air700E开发板还有一点点距离雷达性能应该不会有太大影响。 安装外壳也是很简单几乎不可能犯错。上好螺丝之后测试一下按键有没有问题到这里硬件算是完成了。 - 开源链接 -
目前基于毫米波雷达的睡眠监测仪项目硬件已在立创平台开源。可通过原工程链接获取项目相关详细操作步骤、注意事项以及原理图、PCB等最新文件
原工程链接 https://oshwhub.com/zomco/MR60LT0
开源协议 CERN Open Hardware License
二、功能实现及效果测试 - 功能实现 -
项目代码嵌入式部分我直接用合宙官方的模板工程。删掉不需要的代码加上雷达串口通讯相关代码。雷达协议并不复杂心率、呼吸频率、体动是实时上报的所以比较好调试。而睡眠数据每10分钟才上报一次调试会比较困难。
后端部分主要分三块 从雷达拿数据存到数据库 提供历史数据查询接口 提供实时数据查询接口 对接雷达的部分会麻烦一些其他都是很简单的增删查改。
前端部分我直接参考小米运动的设计除了要有查看历史数据和实时数据的页面还需要有调整雷达和绑定雷达的入口。到这里软件也好了可以测试一下效果。
- 效果测试 -
01. 绑定设备
插卡开机等待指示灯常绿。长按绑定键雷达进入绑定状态然后打开小程序OWR Care扫描开发板表面的二维码等待绑定完成。调整雷达位置确保雷达距离合适。 02. 心率测试
我们先看看实时数据心率测试结果和手环的有一些偏差但也不是太离谱 03. 睡眠测试
睡眠数据要等睡醒才会有而且雷达只能做单人睡眠监测。但我没有这样的测试条件这里只好先给出双人监测测试结果最后我测了三组数据 有几个地方需要注意
首先因为睡眠数据的上报频率是10分钟一次所以雷达计算睡眠时长最小单位是10分钟。
其次手环可以测出快速眼动期时长雷达则不能雷达会计算清醒时长而手环就没有。最后我无法确认手环和雷达对睡眠状态定义是否一致也无法得知他们的结果是否能反映实际情况。
但至少从三组数据可以看出手环和雷达测得的睡眠时长总体上接近实际时长。第三组数据偏差较大估计在双人监测场景雷达无法区分哪个人先睡或者先醒直接将睡眠时长叠加计算了。
考虑到项目定位不是医疗器械我觉得这种偏差是可以接受的使用几天整体感受也是很好。 - 待改进完善 - 指示灯太亮
挂在床头就有点光污染不过可以将外壳做厚避免透光但我估计会影响雷达性能。当然最好的办法是换其他材质的外壳。
雷达自身算法也可以再优化一下
实测发现有吹风干扰的时候雷达会误判有人在睡觉或者雷达安装角度不够有时候会没有数据不知道厂商那边有没有升级计划。 总体上看个人认为雷达使用体验比手环好多了它更符合用户长期使用的习惯要回查睡眠数据也是很方便。如果你也对毫米波雷达睡眠监测仪感兴趣不妨自己试试DIY~
