合宙Air700E開發(fā)板+毫米波雷達(dá)，手搓一個開箱即用的睡眠監(jiān)測儀不是夢！

今天特別分享@zomco大佬的“基于毫米波雷達(dá)的睡眠監(jiān)測儀”作品，感興趣的朋友請戳文末“閱讀原文”下載最新資料。

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項目原理及硬件制作

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毫米波是指頻率范圍從30-300GHz的電磁波，它的波長很短，雷達(dá)發(fā)射的毫米波會隨人體反射回來，同時人體微小的移動會改變毫米波。有了這些變化，雷達(dá)可以計算出人體移動的距離速度以及方向。

- 項目原理-

毫米波雷達(dá)測人體胸腔起伏，根據(jù)起伏計算心率和呼吸頻率，然后通過算法推算睡眠狀態(tài)，使用手機小程序讀取和展示數(shù)據(jù)。

相比市面上的手環(huán)，毫米波雷達(dá)無需佩戴即可實現(xiàn)無感體驗的隱形監(jiān)測。

- 主要物料 -

本文睡眠監(jiān)測儀主要硬件物料包含：毫米波雷達(dá)R60ABD1、合宙Air700E開發(fā)板、傳感器（AHT20、BH1750等等）、底板和外殼。除了底板需要打板和外殼需要3D打印，其他零件都可以在網(wǎng)上購買組裝。

01. 毫米波雷達(dá)R60ABD1：

常見的毫米波雷達(dá)有24/60/77GHz三種，原理上頻率越高，雷達(dá)感知的微動幅度越小。這款60GHz自帶睡眠監(jiān)測功能的毫米波雷達(dá)，它很接近我的想法。

02. 合宙Air700E開發(fā)板：

按照以往經(jīng)驗，睡眠監(jiān)測儀最簡單直接的做法是，找一塊開發(fā)板連上雷達(dá)串口，將雷達(dá)數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙轉(zhuǎn)發(fā)出去，客戶端通過藍(lán)牙讀取雷達(dá)數(shù)據(jù)，然后展示出來。

但為了讓家里的老人也能用，我打算加上遠(yuǎn)程看護(hù)的功能，所以這里要改用可以Wi-Fi或者4G通信的開發(fā)板，還要部署一套存放和查詢數(shù)據(jù)的后端服務(wù)。

雖然我對開發(fā)板選型沒有任何偏好，但覺得有必要把吃灰的羊毛利用起來——半年前9塊9包郵的合宙Air700E開發(fā)板不僅性價比高，而且可以用Lua寫嵌入式，特別適合。

03. 自制底板（可選）：

自制的底板用于整合Air700E開發(fā)板、毫米波雷達(dá)R60ABD1和其他傳感器（AHT20、BH1750等等）。

所以其實即使沒有底板，用杜邦線連接它們，然后刷入固件，也可以在小程序驗證毫米波雷達(dá)的睡眠監(jiān)測能力。不過為了避免驗證過程中發(fā)生各種問題，我還是建議用底板驗證。

04. 自制外殼（可選）：

設(shè)計外殼時，要注意到雷達(dá)的距離最好是半波長的整數(shù)倍；加上USB口和按鍵，硬件圖形就出來了。為了方便調(diào)試，外殼保留了開發(fā)板上的開機鍵和關(guān)機鍵。

- 硬件組裝 -

拿到板子開始組裝，先焊接元器件和Air700E開發(fā)板，再裝雷達(dá)。可以看到堆疊后雷達(dá)和Air700E開發(fā)板還有一點點距離，雷達(dá)性能應(yīng)該不會有太大影響。

安裝外殼也是很簡單，幾乎不可能犯錯。上好螺絲之后，測試一下按鍵有沒有問題，到這里硬件算是完成了。

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- 開源鏈接 -

目前基于毫米波雷達(dá)的睡眠監(jiān)測儀項目硬件，已在立創(chuàng)平臺開源。可通過原工程鏈接獲取項目相關(guān)詳細(xì)操作步驟、注意事項，以及原理圖、PCB等最新文件：

原工程鏈接：
https://oshwhub.com/zomco/MR60LT0

開源協(xié)議：
CERN Open Hardware License

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功能實現(xiàn)及效果測試

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合宙LuaTools工具下載：
https://wiki.luatos.com/pages/tools.html

項目最新固件下載：
https://oshwhub.com/zomco/MR60LT0

- 功能實現(xiàn) -

項目代碼嵌入式部分，我直接用合宙官方的模板工程。刪掉不需要的代碼，加上雷達(dá)串口通訊相關(guān)代碼。雷達(dá)協(xié)議并不復(fù)雜，心率、呼吸頻率、體動是實時上報的，所以比較好調(diào)試。而睡眠數(shù)據(jù)每10分鐘才上報一次，調(diào)試會比較困難。

后端部分主要分三塊：

• 從雷達(dá)拿數(shù)據(jù)存到數(shù)據(jù)庫

• 提供歷史數(shù)據(jù)查詢接口

• 提供實時數(shù)據(jù)查詢接口

對接雷達(dá)的部分會麻煩一些，其他都是很簡單的增刪查改。

前端部分我直接參考小米運動的設(shè)計，除了要有查看歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)的頁面，還需要有調(diào)整雷達(dá)和綁定雷達(dá)的入口。到這里軟件也好了，可以測試一下效果。

- 效果測試 -

01. 綁定設(shè)備：

插卡開機，等待指示燈常綠。長按綁定鍵，雷達(dá)進(jìn)入綁定狀態(tài)；然后打開小程序OWR Care，掃描開發(fā)板表面的二維碼，等待綁定完成。調(diào)整雷達(dá)位置，確保雷達(dá)距離合適。

02. 心率測試：

我們先看看實時數(shù)據(jù)，心率測試結(jié)果和手環(huán)的有一些偏差，但也不是太離譜：

03. 睡眠測試：

睡眠數(shù)據(jù)要等睡醒才會有，而且雷達(dá)只能做單人睡眠監(jiān)測。但我沒有這樣的測試條件，這里只好先給出雙人監(jiān)測測試結(jié)果，最后我測了三組數(shù)據(jù)：

有幾個地方需要注意：

首先因為睡眠數(shù)據(jù)的上報，頻率是10分鐘一次，所以雷達(dá)計算睡眠時長最小單位是10分鐘。

其次，手環(huán)可以測出快速眼動期時長，雷達(dá)則不能；雷達(dá)會計算清醒時長而手環(huán)就沒有。最后我無法確認(rèn)手環(huán)和雷達(dá)對睡眠狀態(tài)定義是否一致，也無法得知他們的結(jié)果是否能反映實際情況。

但至少從三組數(shù)據(jù)可以看出，手環(huán)和雷達(dá)測得的睡眠時長，總體上接近實際時長。第三組數(shù)據(jù)偏差較大，估計在雙人監(jiān)測場景，雷達(dá)無法區(qū)分哪個人先睡或者先醒，直接將睡眠時長疊加計算了。

考慮到項目定位不是醫(yī)療器械，我覺得這種偏差是可以接受的，使用幾天整體感受也是很好。

- 待改進(jìn)完善 -

指示燈太亮：

掛在床頭就有點光污染，不過可以將外殼做厚避免透光，但我估計會影響雷達(dá)性能。當(dāng)然，最好的辦法是換其他材質(zhì)的外殼。

雷達(dá)自身算法也可以再優(yōu)化一下：

實測發(fā)現(xiàn)，有吹風(fēng)干擾的時候，雷達(dá)會誤判有人在睡覺，或者雷達(dá)安裝角度不夠，有時候會沒有數(shù)據(jù)，不知道廠商那邊有沒有升級計劃。

總體上看，個人認(rèn)為雷達(dá)使用體驗比手環(huán)好多了，它更符合用戶長期使用的習(xí)慣，要回查睡眠數(shù)據(jù)也是很方便。如果你也對毫米波雷達(dá)睡眠監(jiān)測儀感興趣，不妨自己試試DIY~

原工程鏈接：
https://oshwhub.com/zomco/MR60LT0

B站視頻鏈接：
https://www.bilibili.com/video/BV1bH4y1D71p?t=5.0

特別感謝@zomco大佬
期待更多精彩作品

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