一种基于毫米波雷达的睡眠质量检测系统的制作方法

本发明涉及毫米波雷达应用技术领域，具体为一种基于毫米波雷达的睡眠质量检测系统。

背景技术：

目前市场上有一些检测人体心跳呼吸的设备，这些需要佩戴在本人身上，通过设备与皮肤的接触，检测本人的心跳呼吸频率，从而判断睡眠质量。设备随时佩戴在身上，对人体活动造成不便。同时，还有一些家居用的摄像头，家人可以通过手机内关注的小程序来远程观察亲人的状态。但是不可以得到目标人物的心跳呼吸等信息。对于一些体制较弱的老人和小孩，想要检测他们的睡眠质量，此设备不可以实现。相关技术人员将目标放在现下应用广泛的雷达领域。

雷达的基本工作原理是：发射天线将发射机电路产生的高频电流信号或传输线上的导行波转化为可在空间传输的具有某种特定极化方式的电磁波在规定的方向发射出去，当电磁波在前进方向碰到障碍物后，部分电磁波就沿发射方向反射回去，接收天线又将反射回去的电磁波转换为高频电流信号或传输线导行波，通过后续电路的滤波、放大、混频等变换后进行信号处理，提取目标物的距离、速度和角度等状态信息。根据雷达的功能特性及作用原理具有开发利用到检测人体呼吸、心跳等领域的前景。

目前，公开专利cn108652601a、cn108784669a中均涉及到了利用毫米波雷达检测人体呼吸、心跳的方法，这不仅解放了被监测者自身，而且也为无法在身边贴身照顾的监护人带来了极大的方便，但是由于该领域发展的不够健全，所以，还存在以下技术缺点：一、需要被监护的对象一般是行动不便的老人或无法正常应对危险情况的孩童，所以在应对检测到的危险信号的应对及处理能力比较弱，无法完美诠释毫米波雷达检测系统的作用；二、部分被监护者为患有心脏病的病人，在监护者不在身边或未能及时察觉危险信号的情况下，很有可能失去最佳救治时期，无法达到最终的监护目的；三、应用领域狭隘，作用单一。

技术实现要素：

一种基于毫米波雷达的睡眠质量检测系统，包括：毫米波雷达、供电模块、显示模块、蓝牙-wifi模块、路由器、终端响应装置；所述毫米波雷达包括信号发射模块、发射天线、接收天线、低噪声放大模块、混频模块、ad采样模块、信息处理模块；所述信号发射模块与发射天线、混频模块连接，所述接收天线与低噪声放大模块连接，所述低噪声放大模块与混频模块连接，所述混频模块与ad采样模块连接，所述ad采样模块与信号发射模块连接；所述显示模块通过spi串口与所述信息处理模块连接，所述蓝牙-wifi模块通过rs232串口与信息处理模块连接，所述终端响应装置包括数据处理模块、报警模块，所述路由器与所述蓝牙-wifi模块连接且路由器、数据处理模块、报警模块依次连接；供电模块通过usb连接器分别与毫米波雷达、显示模块、终端响应装置连接并供应电能；

所述信号发射模块用于产生电磁波，且大量电磁波进入发射天线、少量电磁波进入混频模块；

所述低噪声放大模块用于放大接收的电磁波模拟信号，同时抑制噪声干扰，降低杂波干扰；

所述混频模块将信号发射模块发射的的本振信号与接收天线收到的回波信号进行混频，从而获得电磁波反应前后的频率差值即差频信号；

所述ad采样模块用于将差频模拟信号转换为数字信号；

所述信息处理模块用于将ad采样模块输出的数字信号计算得到被监护者的呼吸、心跳数值；

所述显示模块用于显示信息处理模块中计算的呼吸、心跳数值；

所述蓝牙-wifi模块用于将呼吸、心跳数值通过无线信号传输到终端响应装置；

所述终端响应装置用于数值处于危险阈值范围内时发出响应信号；

所述报警模块为声音报警模块，所述数据处理模块将得到的呼吸、心跳数值进行比较判断，当处于危险阈值范围内时触发报警模块；

其中毫米波雷达为带宽为4ghz的79ghz毫米波雷达且毫米波雷达调制波为调频连续波(fmcw)信号。

优选的，所述基于毫米波雷达的睡眠质量检测系统,所述终端响应装置安装在移动通信设备中，例如手机、ipad等。

优选的，所述基于毫米波雷达的睡眠质量检测系统,终端响应装置还包括睡眠质量曲线生成模块、存储模块，所述存储模块与数据处理模块连接、所述曲线生成模块与存储模块双向连接；所述存储模块用于存储路由器接收的呼吸、心跳的原始数据及睡眠曲线坐标数据；所述曲线生成模块用于定期生成关于时间-呼吸、心跳频率的曲线图供移动端用户查看。

优选的，所述基于毫米波雷达的睡眠质量检测系统,报警模块中录制有急救语言提示，所述急救语言提示可提示心脏病药物的放置位置及用量或/和提示心脏复苏急救方法。

优选的，所述基于毫米波雷达的睡眠质量检测系统,终端响应装置还包括二级报警模块、计时触发器，所述计时触发器与报警模块连接，所述计时触发器与二级报警模块连接，所述计时触发器用于报警模块持续报警40s～60s后扔未关闭即可触发二级报警模块，所述二级报警模块设置于室外高处便于邻居察觉的位置。

优选的，所述基于毫米波雷达的睡眠质量检测系统,还包括与存储模块连接的云数据库，终端响应装置还包括与云数据库连接的自动诊断模块，所述云数据库中存储有用于判断睡眠质量的呼吸、心跳频率数据，会根据存储模块中的心跳、呼吸频率数据及曲线坐标信息进行判断分析并将判断结果传送到自动诊断模块，监护人及被监护人可通过自动诊断模块得到睡眠改善建议。

优选的，所述基于毫米波雷达的睡眠质量检测系统,二级报警模块为蜂鸣器或者闪光灯。

优选的，所述基于毫米波雷达的睡眠质量检测系统,终端响应装置为移动设备可下载安装并供其他移动通信设备用户关注识别的小程序。

附图说明：

下面结合附图对具体实施方式作进一步的说明，其中：

图1是本实用新型基于毫米波雷达的睡眠质量检测系统连接示意图；

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

具体实施案例1：

一种基于毫米波雷达的睡眠质量检测系统，包括：毫米波雷达、供电模块、显示模块、蓝牙-wifi模块、路由器、终端响应装置；所述毫米波雷达包括信号发射模块、发射天线、接收天线、低噪声放大模块、混频模块、ad采样模块、信息处理模块；所述信号发射模块与发射天线、混频模块连接，所述接收天线与低噪声放大模块连接，所述低噪声放大模块与混频模块连接，所述混频模块与ad采样模块连接，所述ad采样模块与信号发射模块连接；所述显示模块通过spi串口与所述信息处理模块连接，所述蓝牙-wifi模块通过rs232串口与信息处理模块连接，所述终端响应装置包括数据处理模块、报警模块，所述路由器与所述蓝牙-wifi模块连接且路由器、数据处理模块、报警模块依次连接；供电模块通过usb连接器分别与毫米波雷达、显示模块、终端响应装置连接并供应电能；

所述信号发射模块用于产生电磁波，且大量电磁波进入发射天线、少量电磁波进入混频模块；

所述低噪声放大模块用于放大接收的电磁波模拟信号，同时抑制噪声干扰，降低杂波干扰；

所述混频模块将信号发射模块发射的的本振信号与接收天线收到的回波信号进行混频，从而获得电磁波反应前后的频率差值即差频信号；

所述ad采样模块用于将差频模拟信号转换为数字信号；

所述信息处理模块用于将ad采样模块输出的数字信号计算得到被监护者的呼吸、心跳数值；

所述显示模块用于显示信息处理模块中计算的呼吸、心跳数值；

所述蓝牙-wifi模块用于将呼吸、心跳数值通过无线信号传输到终端响应装置；

所述终端响应装置用于数值处于危险阈值范围内时发出响应信号；

所述报警模块为声音报警模块，所述数据处理模块将得到的呼吸、心跳数值进行比较判断，当处于危险阈值范围内时触发报警模块；

其中毫米波雷达为带宽为4的79ghz毫米波雷达且毫米波雷达调制波为调频连续波(fmcw)信号。

79ghz毫米波雷达产生的fmcw信号具备探测微小震动的能力，其最小振幅可到0.01mm,据相关数据显示：正常人体前向由于呼吸引起的振幅为1～12mm,后向为0.1～0.5mm；正常人体前向由于心跳引起的振幅为0.1～0.5mm,后向为0.01～0.2mm，因此该雷达可有效探测人体呼吸、心跳等生命体征。所述毫米波雷达设置于被监护人的室内床或经常活动范围，保证被监护人的位置处于毫米波雷达的覆盖范围。

毫米波雷达将监测的人体呼吸、心跳数值传送到显示模块进行数据显示，供被监护者及其周围人员随时查看，同时该数据被传送到终端响应装置中，当数值处于异常数值阈值时引发终端报警装置，警示被监护人及其监护人出现危险信号，便于及时进行急救措施；无论是老人还是小孩，若为独处状态或者熟睡状态时可及时得知被监护人的危险信号，降低危险的发生率。

进一步的,所述终端响应装置安装在移动通信设备中，移动设备可为用户方便携带的手机或ipad。方便自己或他人随时监视被监护人的心跳、呼吸信息。

进一步的,终端响应装置还包括睡眠质量曲线生成模块、存储模块，所述存储模块与数据处理模块连接、所述曲线生成模块与存储模块双向连接；所述存储模块用于存储路由器接收的呼吸、心跳的原始数据及睡眠曲线坐标数据；所述曲线生成模块用于定期生成关于时间-呼吸、心跳频率的曲线图供移动端用户查看。

正常情况下人体的心跳频率为a＝60～100次/分钟、呼吸频率为b＝20次/分钟，所以我们可以科学的认为设定阈值，当a≧120次/分钟或者≦50次/分钟都可被视为危险信号，具体阈值可根据具体需要设定，曲线的生成周期可为2～7天，可根据观察呼吸、心跳的持续变化情况判断被监护人的睡眠时间及睡眠状态，例如判断出被监护人清醒、小憩、浅睡、深睡状态，便于监护人及时帮助调整被监护人的行为。

进一步的,报警模块中录制有急救语言提示，所述急救语言提示可提示心脏病药物的放置位置及用量或/和提示心脏复苏急救方法。上述报警模块引用语音提示报警不仅可起到报警功能，还能达到自救或者就近救治的作用，例如提示语音为“心脏病有关的药品置于床头柜下层的红色木盒中，每次两粒”、“请先拨打120后对患者进行心脏复苏，具体做法如下：一、判断有无颈动脉搏动5～10s；二、松解患者衣领及裤带；三、胸外心脏按压：两乳头连线中点即胸骨中下1/3处，用左手掌跟紧贴病人的胸部，两手重叠，左手五指翘起，双臂伸直，用上身力量用力按压30次，按压频率至少100次/分，按压深度至少5cm～6cm；四、打开气道：仰头抬颌法，口腔无分泌物，无假牙；五、人工呼吸：一首压住患者额头，使其头后仰，捏住患者鼻孔，另一只手提下颚，保持患者气道畅通，然后嘴对嘴，严密抱紧患者嘴唇，平稳的向内吹气；六、压30次就要做两次人工呼吸，最后也需要连续做五个循环，每个循环之后可以观察患者的体征。”

进一步的,终端响应装置还包括二级报警模块、计时触发器，所述计时触发器与报警模块连接，所述计时触发器与二级报警模块连接，所述计时触发器用于报警模块持续报警50s后扔未关闭即可触发二级报警模块，所述二级报警模块设置在室外距离邻居较近且无遮挡处的墙壁位置。其中，二级报警模块包括两个，分别为蜂鸣器及闪光灯。

当机主听到报警信号并可应对紧急情况时后可手动关闭移动设备中的报警模块，这样二级警报模块便不会触发，但是当机主未能听到报警信号或者当前已无力处理紧急情况下不会手动关闭报警模块便会启动二级报警模块，便于邻居收到报警信号后根据报警模块的语音提示帮忙救治或者将其送往医院。

另外，终端响应装置为移动通信设备可下载安装并识别的小程序，监护人可通过微信扫描关注小程序及时获知被监护人的心跳、呼吸动态。也可在小程序中关联与被监护者相关的监护人，以便及时将被监护人的情况及危险信号发送到监护人的移动设备端，便于及时做出反应。

进一步的,还包括与存储模块连接的云数据库，终端响应装置还包括与云数据库连接的自动诊断模块，所述云数据库中存储有与睡眠质量中的呼吸、心跳频率相关的相关判断数据，会根据存储模块中的心跳、呼吸频率数据及曲线坐标信息进行判断分析并将判断结果传送到自动诊断模块，监护人及被监护人可通过自动诊断模块得到睡眠改善建议。例如早睡、或在某时间段内多参与体育锻炼等建议，或者根据人体生物钟的健康作息表建议被监护者在某一时间段是需要多休息还是多锻炼，在某一时间段养成短时间浅睡或者零星小睡的习惯等。

本具体实施案例所述的基于毫米波雷达的睡眠质量检测系统优势如下：通过报警模块的设置优先考虑被监护者自身处理紧急情况，并通过报警语音的帮助大大提高患者自己解决紧急情况的成功率；再者，通过数据处理模块、曲线生成模块的设置可供被监护人及其监护人查看一定周期内的睡眠质量曲线，并将合理的建议给到被监护人，扩展了睡眠质量系统的应用范围，除用于应对紧急情况外还可用于为改善睡眠习惯提供依据；通过二级报警模块的设置，提供他人参与救治紧急情况的机会；被监护人通过微信关注小程序可随时掌握被监护人的睡眠情况，方便快捷。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。