CN114184645A - 一种基于毫米波雷达的尿不湿潮湿检测告警设备 - Google Patents

一种基于毫米波雷达的尿不湿潮湿检测告警设备 Download PDF

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张吉
朱彦博
汪东升
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Abstract

本发明公开了一种基于毫米波雷达的尿不湿潮湿检测告警设备。该设备包括毫米波雷达模组和告警部件，毫米波雷达模组向尿不湿发送电磁波探测信号，并接收返回的原始信号；毫米波雷达模组对接收的原始信号进行一维快速傅里叶变换处理，并从处理后的数据中提取与尿不湿的距离相对应的FFT单元，连续记录FFT单元的幅值，毫米波雷达模组以起始检测后的第一设定时间内的快速傅里叶变换单元中的平均幅值作为干尿不湿的参考值，并判断参考值与第二设定时间内FFT单元的平均幅值之差是否高于设定阈值；在参考值与第二设定时间内FFT单元的平均幅值之差高于设定阈值时，告警部件发出告警信号。本发明可保证安全检测，大大降低使用成本，且绿色环保。

Description

一种基于毫米波雷达的尿不湿潮湿检测告警设备
技术领域
本发明涉及尿不湿潮湿检测技术领域，具体涉及一种基于毫米波雷达的尿不湿潮湿检测告警设备。
背景技术
尿不湿是行动不便或没有自主行为能力的人士常用的日用品，是纸尿片、纸尿裤、拉拉裤的统称。干爽的尿不湿可以使用户保持整夜的安睡，由于吸水性强，被俗称为“尿不湿”。
在对佩戴尿不湿的人员进行护理时，如未能及时更换尿不湿，会导致影响佩戴者的舒适型，甚至造成佩戴者长湿疹。护理人员想了解尿不湿的潮湿程度，只能隔一段时间检查下尿不湿是否有尿液积累，但这种做法很被动低效。为了解决这一问题，于是出现了尿不湿检测器，来实时检测尿布湿的湿度状态，有助于护理人员轻松掌握尿量信息并告警护理人员及时更换尿不湿。
目前市面上的尿不湿检测方式主要有通过湿度传感器、微电流、极性可变电解的电容器等方法对尿液的湿度进行检测。但需要装载到每一片尿不湿产品上，成本高，且容易损坏。且在私密位置，无法预估对人体产生的影响。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种基于毫米波雷达的尿不湿潮湿检测告警设备。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于毫米波雷达的尿不湿潮湿检测告警设备，包括：
毫米波雷达模组，间隔设置在尿不湿佩戴者的指定距离及位置处，用以向所述尿不湿发送电磁波探测信号，并接收返回的原始信号；所述毫米波雷达模组对接收的原始信号进行一维快速傅里叶变换处理，并从处理后的数据中提取与所述尿不湿的距离相对应的FFT单元，连续记录所述FFT单元的幅值，所述毫米波雷达模组以起始检测后的第一设定时间内的快速傅里叶变换单元中的平均幅值作为干尿不湿的参考值，并判断所述参考值与第二设定时间内所述FFT单元的平均幅值之差是否高于设定阈值；
告警部件，与所述毫米波雷达模组连接，用以在所述参考值与第二设定时间内所述FFT单元的平均幅值之差高于设定阈值时，在所述毫米波雷达模组的控制下发出告警信号。
进一步的，还包括工作状态指示灯，所述工作状态指示灯通过第一驱动电路与毫米波雷达模组连接。
进一步的，所述告警部件包括移动终端，所述毫米波雷达模组连接有通信模块，在所述参考值与第二设定时间内所述FFT单元的平均幅值之差高于设定阈值时，所述毫米波雷达模组通过通信模块发送告警信息至移动终端，所述移动终端在接收到告警信息时发出告警信号。
进一步的，所述毫米波雷达模组根据FFT单元的幅值生成潮湿程度信息，并控制通信模块将所述潮湿程度信息发送至移动终端。
进一步的，所述告警部件还包括声光报警器，所述声光报警器通过第二驱动电路与毫米波雷达模组连接。
进一步的，还包括电源单元，用以向设备供电，所述电源单元包括供电器和与所述供电器连接的电源模块。
进一步的，所述第二驱动电路包括漏极与电源正极连接的mos管Q1，所述mos管Q1的源极与声光报警器的正极连接，且其漏极与栅极之间连接有电阻R49，所述mos管Q1的栅极与电阻R50的一端连接，所述电阻R50的另一端与三极管Q2的集电极连接，所述三极管Q2的基极与电阻R51和电阻R52的一端分别连接，所述电阻R51的另一端与毫米波雷达模组连接，所述三极管Q2的发射极和电阻R52的另一端均接地。
进一步的，所述mos管Q1的源极与电容C51和电容C52的正极连接，所述电容C51和电容C52的负极接地，所述电阻R52并联有电容C54。
有益效果：1、本发明通过毫米波雷达模组实现突破性非接触式探测，保证安全，尤其适用于对医院、养老院或居家的行动不便的人员进行检测；
2、一次性投入支出产品，大大降低使用成本；
3、设备可持续循环使用，绿色环保；
4、可提供智能声光报警和手机APP提示，多重智能提醒方式。
附图说明
图1是基于毫米波雷达的尿不湿潮湿检测告警设备的原理框图；
图2是本发明实施例的处理器的第一部分的管脚接线图；
图3是本发明实施例的处理器的第二部分的管脚接线图；
图4是本发明实施例的处理器的第三部分的管脚接线图；
图5是本发明实施例的4G模块的管脚接线图；
图6是本发明实施例的第二驱动电路的电路图；
图7是本发明实施例的电源模块的部分电路图；
图8是本发明实施例的电源模块的部分电路图；
图9是本发明实施例无目标时对应的幅值图；
图10是本发明实施例目标时未穿上尿不湿时对应的幅值图；
图11是本发明实施例目标穿上干尿不湿时对应的幅值图；
图12是本发明实施例目标穿上的尿不湿少许潮湿时对应的幅值图；
图13是本发明实施例目标穿上的尿不湿比较潮湿时对应的幅值图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1至8所示，本发明实施例提供了一种基于毫米波雷达的尿不湿潮湿检测告警设备，包括毫米波雷达模组1和告警部件3。
其中，毫米波雷达模组1用以间隔设置在尿不湿佩戴者的指定距离及位置处，用以向所述尿不湿发送电磁波探测信号，并接收返回的原始信号。上述距离一般可设置为15cm左右，在出厂前设定好，在使用时按照设定好的距离设置即可。毫米波雷达模组1或本设备可以安装在床板或者座椅的底部等位置，毫米波雷达模组1要面向尿不湿方向设置，以使毫米波雷达模组1能向尿不湿所在位置发送探测信号，并使接收的原始信号中包含从尿不湿返回的信号。
毫米波雷达模组1还用以对接收的原始信号进行一维FFT(快速傅里叶变换)处理，并从处理后的数据中提取与尿不湿的距离相对应的FFT单元，连续记录提取的与尿不湿的距离相对应的FFT单元的幅值，毫米波雷达模组1以起始检测后的第一设定时间内的快速傅里叶变换单元中的平均幅值作为干尿不湿的参考值，并判断该参考值与第二设定时间内此FFT单元的平均幅值之差是否高于设定阈值。其中，毫米波雷达模组1包括集成在一起的毫米波雷达模块21和与毫米波雷达模块21连接的处理器22，处理器22优选采用STM32f4xx系列的单片机。第一设定时间优选为1分钟。具体可参见图9至图13，图中的黑点表示与尿不湿的距离相对应的FFT单元，图中X轴为距离单元，Y轴表示FFT单元的幅度，图中是以毫米波雷达模组1与尿不湿之间的距离为15cm，步长为5cm进行示意的。可以看出，利用距离获得的FFT单元的幅值可以有效区分出当前有无目标、目标是否佩戴尿不湿以及尿不湿的潮湿程度。
告警部件3与毫米波雷达模组1连接，告警部件3用以在该参考值与此第二设定时间内FFT单元的平均幅值之差高于设定阈值时，告警部件3在毫米波雷达模组1的控制下发出告警信号。其中，第二设定时间优选为30秒。
具体的，对接收的原始信号进行一维FFT处理的方式如下：
对于毫米波雷达模组1接收的原始信号进行N个点的ADC采样，得到长度为N的有限长离散信号x(n)，其中，n＝0，1，…，N-1，N优选取值为128，对有限长离散信号x(n)进行离散傅里叶变换(DFT)处理后的数据X(k)可表示为：
Figure BDA0003445827690000041
其中，k＝0，1，...，N-1，
Figure BDA0003445827690000042
j为虚数单位，j2＝-1。
快速傅里叶变换(FFT)是将x(n)分解为偶数序列x1(n)与奇数序列x2(n)之和，即x(n)可表示为：
x(n)＝x1(n)+x2(n)
其中，x1(n)和x2(n)的长度都是N/2，则X(k)可表示为：
Figure BDA0003445827690000043
Figure BDA0003445827690000051
由于
Figure BDA0003445827690000052
则X(k)又可表示为：
Figure BDA0003445827690000053
其中，X1(k)和X2(k)分别为x1(n)和x2(n)进行离散傅里叶变换(DFT)处理后的数据，由于X1(k)和X2(k)均以
Figure BDA0003445827690000054
为周期，且
Figure BDA0003445827690000055
所以X(k)的前半段X(a)和后半段
Figure BDA0003445827690000056
可分别表示为：
Figure BDA0003445827690000057
Figure BDA0003445827690000058
其中，a＝0，1，...，N/2-1。
在对信号进行快速傅里叶变换处理后，可以精确的计算出目标与雷达之间的距离，从而得到与尿不湿距离相对应的距离单元的幅值。由于液体对电磁波的传输有影响，所以使利用此幅值的变化来判断尿不湿是否潮湿成为可能。
本发明实施例还包括工作状态指示灯4，工作状态指示灯4通过第一驱动电路5与毫米波雷达模组1连接。具体的，工作状态指示灯4可以包括一个红灯和一个绿灯，当设备正常上电并工作时，工作状态指示灯4中的绿灯亮起，未工作不亮。当探测到尿不湿潮湿时，工作状态指示灯4中的红灯亮起。上述红灯和绿灯分别通过一个第一驱动电路5与毫米波雷达模组1连接，第一驱动电路5优选采用三极管驱动电路。
本发明实施例的告警部件3包括移动终端6，毫米波雷达模组1连接有通信模块7，通信模块7可以采用4G模块或wifi模块等，图5示意出了采用4G模块的原理图。在参考值与第二设定时间内FFT单元的平均幅值之差高于设定阈值时，毫米波雷达模组1通过通信模块7发送告警信息至移动终端6，移动终端6在接收到告警信息时发出告警信号。具体可通过APP技术进行实现。
为了便于远程通过移动终端6查看尿不湿当前的潮湿度，本发明实施例的毫米波雷达模组1还可以根据FFT单元的幅值生成潮湿程度信息，并控制通信模块7将潮湿程度信息发送至移动终端6。不同品牌型号的尿不湿、不同的测试目标、不同的检测距离以及环境因素均会造成测得的干尿不湿的参考值会有所不同，以雷达角反射器为目标、毫米波雷达模组与目标之间的距离为15cm为例，测得的干尿不湿的参考值一般均在85dB以上。因此，可以将幅值在85dB以上时视为干尿不湿，幅值在70至85dB之间时视为尿不湿中含有少量尿液，幅值在63至70dB时视为尿不湿中含有大量的尿液，当无测试对象时，幅值一般为60dB左右。毫米波雷达模组1可以控制通信模块7以设定时间间隔向移动终端6发送潮湿程度信息，如以10s为周期发送。
本发明实施例的告警部件3还可以包括声光报警器8，声光报警器8通过第二驱动电路9与毫米波雷达模组1连接。参见图6，图6中示意了其中一个第二驱动电路5的原理图。该第二驱动电路9包括漏极与电源正极连接的mos管Q1，mos管Q1的源极与声光报警器8的正极连接，且其漏极与栅极之间连接有电阻R49，mos管Q1的栅极与电阻R50的一端连接，电阻R50的另一端与三极管Q2的集电极连接，三极管Q2的基极与电阻R51和电阻R52的一端分别连接，电阻R51的另一端与毫米波雷达模组1连接，三极管Q2的发射极和电阻R52的另一端均接地。还优选将mos管Q1的源极与电容C51和电容C52的正极连接，电容C51和电容C52的负极接地，电阻R52并联有电容C54。另外，毫米波雷达模组1可根据上述潮湿程度信息来控制声光报警器8的报警等级和报警时长。
还包括电源单元，用以向设备供电。电源单元包括供电器10和与供电器10连接的电源模块11。供电器10输出DC36V电压，电源模块11将输入的DC36V依次转化为DC5V、DC3V和DC1.6V电压，然后向毫米波雷达模组1等供电。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，其它未具体描述的部分，属于现有技术或公知常识。在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于毫米波雷达的尿不湿潮湿检测告警设备，其特征在于，包括：
毫米波雷达模组，间隔设置在尿不湿佩戴者的指定距离及位置处，用以向所述尿不湿发送电磁波探测信号，并接收返回的原始信号；所述毫米波雷达模组对接收的原始信号进行一维快速傅里叶变换处理，并从处理后的数据中提取与所述尿不湿的距离相对应的FFT单元，连续记录所述FFT单元的幅值，所述毫米波雷达模组以起始检测后的第一设定时间内的快速傅里叶变换单元中的平均幅值作为干尿不湿的参考值，并判断所述参考值与第二设定时间内所述FFT单元的平均幅值之差是否高于设定阈值；
告警部件，与所述毫米波雷达模组连接，用以在所述参考值与第二设定时间内所述FFT单元的平均幅值之差高于设定阈值时，在所述毫米波雷达模组的控制下发出告警信号。
2.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达的尿不湿潮湿检测告警设备，其特征在于，还包括工作状态指示灯，所述工作状态指示灯通过第一驱动电路与毫米波雷达模组连接。
3.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达的尿不湿潮湿检测告警设备，其特征在于，所述告警部件包括移动终端，所述毫米波雷达模组连接有通信模块，在所述参考值与第二设定时间内所述FFT单元的平均幅值之差高于设定阈值时，所述毫米波雷达模组通过通信模块发送告警信息至移动终端，所述移动终端在接收到告警信息时发出告警信号。
4.根据权利要求3所述的基于毫米波雷达的尿不湿潮湿检测告警设备，其特征在于，所述毫米波雷达模组根据FFT单元的幅值生成潮湿程度信息，并控制通信模块将所述潮湿程度信息发送至移动终端。
5.根据权利要求3所述的基于毫米波雷达的尿不湿潮湿检测告警设备，其特征在于，所述告警部件还包括声光报警器，所述声光报警器通过第二驱动电路与毫米波雷达模组连接。
6.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达的尿不湿潮湿检测告警设备，其特征在于，还包括电源单元，用以向设备供电，所述电源单元包括供电器和与所述供电器连接的电源模块。
7.根据权利要求5所述的基于毫米波雷达的尿不湿潮湿检测告警设备，其特征在于，所述第二驱动电路包括漏极与电源正极连接的mos管Q1，所述mos管Q1的源极与声光报警器的正极连接，且其漏极与栅极之间连接有电阻R49，所述mos管Q1的栅极与电阻R50的一端连接，所述电阻R50的另一端与三极管Q2的集电极连接，所述三极管Q2的基极与电阻R51和电阻R52的一端分别连接，所述电阻R51的另一端与毫米波雷达模组连接，所述三极管Q2的发射极和电阻R52的另一端均接地。
8.根据权利要求7所述的基于毫米波雷达的尿不湿潮湿检测告警设备，其特征在于，所述mos管Q1的源极与电容C51和电容C52的正极连接，所述电容C51和电容C52的负极接地，所述电阻R52并联有电容C54。
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