自给自足：手搓了一个睡眠监测仪，用着怎么样？

很久不分享手搓党作品拉！

今天分享一个“基于毫米波雷达的睡眠监测仪”作品！

用Air700E开发板+毫米波雷达，手搓一个开箱即用的睡眠监测仪，不花冤枉钱！

来仔细瞧瞧！

一、项目原理及硬件制作

毫米波是指频率范围从30-300GHz的电磁波，它的波长很短，雷达发射的毫米波会随人体反射回来，同时人体微小的移动会改变毫米波。有了这些变化，雷达可以计算出人体移动的距离速度以及方向。

- 项目原理 -

毫米波雷达测人体胸腔起伏，根据起伏计算心率和呼吸频率，然后通过算法推算睡眠状态，使用手机小程序读取和展示数据。

相比市面上的手环，毫米波雷达无需佩戴即可实现无感体验的隐形监测。

- 主要物料 - 

本文睡眠监测仪主要硬件物料包含：毫米波雷达R60ABD1、合宙Air700E开发板、传感器（AHT20、BH1750等等）、底板和外壳。除了底板需要打板和外壳需要3D打印，其他零件都可以在网上购买组装。

01. 毫米波雷达R60ABD1：

常见的毫米波雷达有24/60/77GHz三种，原理上频率越高，雷达感知的微动幅度越小。这款60GHz自带睡眠监测功能的毫米波雷达，它很接近我的想法。

02. 合宙Air700E开发板：

按照以往经验，睡眠监测仪最简单直接的做法是，找一块开发板连上雷达串口，将雷达数据通过蓝牙转发出去，客户端通过蓝牙读取雷达数据，然后展示出来。

但为了让家里的老人也能用，我打算加上远程看护的功能，所以这里要改用可以Wi-Fi或者4G通信的开发板，还要部署一套存放和查询数据的后端服务。

虽然我对开发板选型没有任何偏好，但觉得有必要把吃灰的羊毛利用起来——以前入手的合宙Air700E开发板不仅性价比高，而且可以用Lua写嵌入式，特别适合。

03. 自制底板（可选）：

自制的底板用于整合Air700E开发板、毫米波雷达R60ABD1和其他传感器（AHT20、BH1750等等）。

所以其实即使没有底板，用杜邦线连接它们，然后刷入固件，也可以在小程序验证毫米波雷达的睡眠监测能力。不过为了避免验证过程中发生各种问题，我还是建议用底板验证。

04. 自制外壳（可选）：

设计外壳时，要注意到雷达的距离最好是半波长的整数倍；加上USB口和按键，硬件图形就出来了。为了方便调试，外壳保留了开发板上的开机键和关机键。

- 硬件组装 - 

拿到板子开始组装，先焊接元器件和Air700E开发板，再装雷达。可以看到堆叠后雷达和Air700E开发板还有一点点距离，雷达性能应该不会有太大影响。

安装外壳也是很简单，几乎不可能犯错。上好螺丝之后，测试一下按键有没有问题，到这里硬件算是完成了。

- 开源链接 - 

目前基于毫米波雷达的睡眠监测仪项目硬件，已在立创平台开源。可通过原工程链接获取项目相关详细操作步骤、注意事项，以及原理图、PCB等最新文件：

原工程链接：
https://oshwhub.com/zomco/MR60LT0

开源协议：
CERN Open Hardware License

二、功能实现及效果测试

- 功能实现 - 

项目代码嵌入式部分，我直接用合宙官方的模板工程。删掉不需要的代码，加上雷达串口通讯相关代码。雷达协议并不复杂，心率、呼吸频率、体动是实时上报的，所以比较好调试。而睡眠数据每10分钟才上报一次，调试会比较困难。

后端部分主要分三块：

• 从雷达拿数据存到数据库

• 提供历史数据查询接口

• 提供实时数据查询接口

对接雷达的部分会麻烦一些，其他都是很简单的增删查改。

前端部分我直接参考小米运动的设计，除了要有查看历史数据和实时数据的页面，还需要有调整雷达和绑定雷达的入口。到这里软件也好了，可以测试一下效果。

- 效果测试 - 

01. 绑定设备：

插卡开机，等待指示灯常绿。长按绑定键，雷达进入绑定状态；然后打开小程序OWR Care，扫描开发板表面的二维码，等待绑定完成。调整雷达位置，确保雷达距离合适。

02. 心率测试：

我们先看看实时数据，心率测试结果和手环的有一些偏差，但也不是太离谱：

03. 睡眠测试：

睡眠数据要等睡醒才会有，而且雷达只能做单人睡眠监测。但我没有这样的测试条件，这里只好先给出双人监测测试结果，最后我测了三组数据：

有几个地方需要注意：

首先因为睡眠数据的上报，频率是10分钟一次，所以雷达计算睡眠时长最小单位是10分钟。

其次，手环可以测出快速眼动期时长，雷达则不能；雷达会计算清醒时长而手环就没有。最后我无法确认手环和雷达对睡眠状态定义是否一致，也无法得知他们的结果是否能反映实际情况。

但至少从三组数据可以看出，手环和雷达测得的睡眠时长，总体上接近实际时长。第三组数据偏差较大，估计在双人监测场景，雷达无法区分哪个人先睡或者先醒，直接将睡眠时长叠加计算了。

考虑到项目定位不是医疗器械，我觉得这种偏差是可以接受的，使用几天整体感受也是很好。

- 待改进完善 - 

指示灯太亮：

挂在床头就有点光污染，不过可以将外壳做厚避免透光，但我估计会影响雷达性能。当然，最好的办法是换其他材质的外壳。

雷达自身算法也可以再优化一下：

实测发现，有吹风干扰的时候，雷达会误判有人在睡觉，或者雷达安装角度不够，有时候会没有数据，不知道厂商那边有没有升级计划。

总体上看，个人认为雷达使用体验比手环好多了，它更符合用户长期使用的习惯，要回查睡眠数据也是很方便。如果你也对毫米波雷达睡眠监测仪感兴趣，不妨自己试试DIY~