AIOT智能云尿检系统

韶关学院 王丽琴 陈恩典 朱灿维 林家俊 杨森泉 丁 凡

本项目透过对人们检测尿液中各种成分含量为家人随时检查身体状况，养成健康好习惯，致力于帮助人们摆脱亚健康。尿检系统设计环境适合光源，用摄像头对尿检试纸和比色卡进行对比。本项目采用微信小程序的形式使用户可以通过手机就能便携地查看生理指标信息。本项目具有为老人检测尿液、识别老人的健康状况，监控老人上厕所的频率和时间等功能。

1 智能尿检系统介绍

随着社会老年化问题的加剧和年轻人工作压力不断增大，人们的健康水平不断下降。现阶段亚健康大多数出现在年轻的上班族身上。由于工作压力过大，身体缺乏锻炼，再加上饮食不规律，使得亚健康在年轻的上班族身上频繁出现。同时老人也是由于身体老化，机能衰退，饮食稍有不慎就容易导致身体的各项指数超标。英国某制造商研制的智能马桶通过对主人的粪便进行分析，检测主人的健康问题和所缺乏的健康元素，并能自动从超市订购食品，如果发现主人有疾病症状时，会通过互联网与医生联系。但在国内，对于具有智能健康监测系统的智马桶研究较少。

为了解决以上所述的这些问题，我们构思出一套全新的解决方案。本项目设计一个运用5G技术可以将老人的身体状况发到家人和医生的手机app上的甚至可以预测老人的身体状况的5G智能终端--基于AIoT技术的智慧家庭尿检系统（下文简称，智能尿检系统）。每年按时体检，可以全面、初步了解身体的健康问题、各项指标是否正常以及变化的情况，及时反应身体健康状况。其中，尿常规检查是三大常规检测之一，对肾脏及泌尿系统疾病诊断具有重要意义。尿检系统可以为老人检测尿液中各种成分含量进而识别老人的健康状况来预防疾病风险，还具有监控老人上厕所的频率和时间，马桶杀菌、温控坐垫等功能。本项目的智能尿检系统可在人们上完厕所就立即可以得到你的健康报告。

2 系统总体设计

项目主要由智能马桶和手机小程序组成。智能马桶的功能模块主要有：水泵电机部分、人体检测检测部分、WIFI通讯模块、温度采集模块、摄像头等构成。如图1所示，整个作品由控制系统、核心系统、服务端和客户端四部分系统构成。智能马桶的处理核心由树莓派和STM32构成，两者协助能够更好得完成所要实现的功能。核心系统搭载一个10in的触摸显示屏，通过显示屏可实时向用户反馈界面信息。服务端则部署在云端，通过计算得出数据再与健康数据库进行比对，客户端则是用户在手机上开启的微信小程序，用于用户信息采集及信息展示等。

图1 系统总体架设框图

3 硬件设计

尿检部分为我们项目中的关键一步，其涉及到尿液样本的提取，样本的颜色检测和对比，从而获得检测人的身体状况。首先是尿液样本的提取，当我们的湿度模块检测到使用者排出尿液时将会想STM32发送一个信号，然后STM32驱动水泵对尿液进行样本的抽取，将抽取到的一小部分尿液存放在另外一个空间，然后使用树莓派上的摄像头对尿液进行拍照处理，考虑到光对图片的影响较大，所以我们还内置了两个补辅助光源，保证最大程度的还原尿检试纸的颜色，树莓派将获取到的验尿棒图片使用开源的OpenCv库进行颜色的提取，将提取到的模板与我们事先使用深度学习框架训练好的模板进行匹对，得出最终的结果。因为使用了深度学习，能够较大程度的提高尿液颜色的正确匹配程度，有效克服了一些暗光等负面因素带来的影响，大大提高了匹配的准确率。

其大致流程图如图2所示。

图2 智能尿检系统工作原理

4 软件设计

4.1 用户交互界面部分

智能尿检系统的交互界面如图3所示，该界面可以根据需要开启家庭模式和老人模式；该系统支持多用户操作。老人模式检测间隔为每月一次；老人模式检测时间每周一次；该界面可以通过触屏点击，用户使用方便快捷，另外我们的流程简洁方便，老人孩子可以快速使用，几乎不用学习。

图3 智能尿检系统部分交互界面

4.2 小程序部分

基于QT开发出来的用户交互界面，主界面有三个按钮分别是老人模式、家庭模式、设置，进入家庭模式之后扫描二维码确定个人信息，便可以点击开始检测，数据会上传到你的个人账户里面；进入老人模式后，系统会自动检测，自动完成数据上传，但是无法辨识用户，数据会上传到子女的账号里；设置模式里面可以自动校对时间和反馈用户数据；UI设计采用深背景，大字体，用户体验会更加舒适。小程序接收数据过程如图4所示。

图4 小程序接收数据过程图

总结：随着我国老龄化进程不断加快以及平均寿命的延长，且年轻人工作压力不断增大，老年人在人口占比上面也不断增加。家庭照料老年人面临着严峻挑战，老年人的医疗和生活照料需求以成为老年服务的重点问题。尿的生成主要在于肾，肾脏功能正常，尿路通畅，才能使体内代谢废物排出，保持人体内环境相对平衡。本设计可以通过尿液来监控老年人的身体健康状况，同时也让子女对老人少了一份担忧与牵挂，可以安心工作生活。故相比于市场上那些复杂的尿检机器，我们的智能马桶更为实用，更能适应时代潮流的发展，更加具有市场竞争力。