一种基于微波雷达的人体体征监测系统

权重儒 王振 刘媛媛 刘军伟 陈薇

摘 要：人体体征监测系统是一种基于微波雷达、微处理器控制、云平台存储和手机电脑端监控的监测系统。微波雷达通过RS-485通信将数据传送给微处理器，再通过本地服务器和上位机处理后传送给云平台，从远程手机或电脑端可以实时查看相关数据。系统既可以实时监测人体体征信息，又可以在人体出现剧烈运动（如摔倒）时发出警报，还可以在一定周期内给出与身体健康密切相关的报告。

关键词：微波雷达;RS-485通信;微处理器;云平台;客户端

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

《中國发展报告2020：中国人口老龄化的发展趋势和政策》预计：“65岁+”老人5年后将破2亿，2030年，中国65岁以上人口占比将超过日本，成为全球人口老龄化程度最高的国家[1]。随着我国人口老龄化形势日益严峻，养老问题成为社会痛点。独居老人、养老机构对于老人看护装置或看护系统的需求强烈。目前，视频监控、可穿戴设备是已成熟并广泛推广的看护设备，但均存在自身缺陷。它们带来的隐私泄露、强行侵入式等问题，极易让老人产生排斥心理[2]。雷达探测作为一种新兴技术，利用微多普勒效应感知人体的动作，包括微小的呼吸动作，可以实时检测室内环境中目标人体的身体活动情况。它与人体无接触，不拍摄人体影像，极易使老人及其家人接受[3-5]。鉴于上述情况，本研究以微波雷达为人体感应器，开发了一套人体体征监测系统。

1 监测系统结构

设计的监测系统是一种基于微波雷达、微处理器控制、云平台存储和手机电脑端监控的养老机构人体体征监测系统。它既可以实时监测人体体征信息，如呼吸、轻微运动、大幅移动等，又可以在人体出现剧烈运动（如摔倒）时发出警报，同时可以在一定周期内给出身体体征报告，从而得到与人体身体健康密切相关的数据。

图1为人体体征监测系统的结构示意图。监测系统利用微处理器处理微波雷达发送的数据，包括无人、轻微移动、摔倒动作和光照度等信息;将采集的数据通过串口传输给本地服务器，并在本地服务器开发监控界面;将本地服务器数据上传到云平台数据存储区，利用手机或电脑端进行远程访问;定期生成老人身体体征监测报告（日报、周报、月报），根据报告提出健康建议;当出现摔倒等危险情况时及时发出警报，并通过客户端提醒老人子女或亲属。

人体体征监测系统的结构框图如图2所示。从图上可知，其主要由装有雷达探头的检测装置、微处理器、本地服务器、继电器输出、外围设备、云平台服务器以及电脑网页、手机APP等7部分组成。

①装有雷达探头的检测装置。采用微波式活体存在感应雷达探测器，产品采用5.8 GHz RS高增益双馈电低阻抗技术实现生物体存在探测，接入RS-485系统作为一个数据采集单元，产品符合RS-485传输标准。

②微处理器。微处理器采用STM32系列芯片，对RS-485串口接收的数据进行分析处理，并传给本地服务器和上位机。

③本地服务器。接收微处理器的数据，并对数据进行归纳和存储，同时将数据传给上位机，在上位机上进行实时状态的监测。

④继电器输出。由微处理器发送控制信号给继电器输出，也可由上位机发送控制指令给微处理器，然后控制继电器输出，继电器输出给外围设备发出控制信号。

⑤外围设备。外围设备主要包括外围输出设备、灯以及报警器等。

⑥云平台服务器。云平台服务器接收本地服务器的数据，并进行数据存储，同时给网页端或手机端提供数据接口。

⑦电脑网页、手机APP。用户可以通过电脑网页、手机APP实时在云平台上查看数据。

2 工作过程

系统的工作过程如下：雷达探头安装在老人房间内，根据人体的活动状态，可以探测出人体轻微移动、大幅移动以及有无人等情况，并通过RS-485口发送相应数据。通过串口通信将雷达探测数据发送给微处理器，微处理器采用STM32系列芯片对RS-485串口接收的数据进行分析处理，并传给本地服务器和上位机。本地服务器接收微处理器的数据，并对数据进行归纳和存储，同时将数据传给上位机，在上位机上进行实时状态监测。由微处理器发送控制信号给继电器输出，也可由上位机发送控制指令给微处理器，然后控制继电器输出，继电器输出给外围设备发出控制信号。外围设备控制灯、报警器等。云平台服务器接收本地服务器的数据并进行数据存储，同时给电脑网页、手机APP提供数据接口。电脑网页、手机APP可以从云平台服务器实时查看数据。

3 实现电路和编程

3.1 微处理器电路

微处理器选用STM32 F103C8T6，有48个引脚。它的外部与电源电路、串口通信电路及继电器驱动电路连接。图3为STM32 F103C8T6单片机各引脚结构。雷达探头给出的信号通过RS-485串口通信传送给单片机进行处理。下页单片机根据探测到的信号控制灯或报警器输出。

3.2 主要程序

4 结语

在老龄化问题日益严重的背景下，本文介绍了一种人体体征监测系统，集成了微波雷达、微处理器控制、云平台存储和手机端、电脑端监控等技术。系统既可以实时监测老人身体体征信息，又可以在人体出现剧烈运动（如摔倒）时发出警报，还可以在一定周期内给出与身体健康密切相关的报告，可以为独居老人、养老机构提供老人看护等服务，具有较好的推广应用价值。

参考文献：

[1]中国发展基金会.中国发展报告2020：中国人口老龄化的发展趋势和政策[EB/OL].（2020-06-19）[2021-04-01].http：//www.199it.com/archives/1068230.html.

[2]李方敏，夏雨晴，马小林，等.基于速度差补偿的双频连续波雷达室内人体定位方法[J].电子与信息学报，2017（6）：1432-1438.

[3]王静.探讨微波生命探测雷达射频前端的设计与应用[J].计算机产品与流通，2018（12）：94.

[4]金添，宋勇平.穿墙雷达人体目标探测技术综述[J].电波科学学报，2020（4）：486-495.

[5]张扬，吕昊，于霄，等.人体气胸模型的超宽带雷达探测研究[J].医疗卫生装备，2015（10）：11-13.