智能化居家监护系统：用毫米波雷达做非接触式健康监护

2024 · 全国大学生物联网设计竞赛 · 武汉大学 我担任队长

为什么要做

独居老人、慢病人群需要长期监测生命体征；睡姿和坐姿长期不正确会带来呼吸暂停、脊柱问题等隐患；而子女很难时刻陪在身边。传统方案各有短板：摄像头方案受遮挡、光线影响，还存在隐私顾虑；贴片和手环需要长时间佩戴，舒适度和依从性都差。

做了什么

一套非接触式的居家监护系统：用毫米波雷达持续感知睡姿、坐姿和呼吸心跳，摄像头只在异常报警或用户主动查看时开启，所有数据接入 AIRIOT 物联网平台做可视化、统计、告警和远程通信。

系统架构

用到的技术

• 感知层：TI IWR1843 毫米波雷达 + DCA1000EVM 采集板，通过以太网 UDP 回传原始 IQ 数据；萤石 C6C 摄像头作为补充。
• 信号处理：距离 / 角度 FFT 得到 RAI、REI 热图作为姿态特征；用 CFAR 在热图中定位人体，再对相位解缠得到胸腔位移曲线，最后用 VMD（变分模态分解）把呼吸和心跳两种模态分离开。
• 模型：姿态分类用 Vision Transformer，在自建数据集上微调，睡姿 6 类、坐姿 6 类（5 种错误 + 1 种正确）。
• 工程：Python 后端按功能拆成雷达控制、睡姿、坐姿、生命体征四个模块，模块间用 socket 通信互不阻塞，各自通过 WebSocket 把 JSON 结果推给平台，避免把巨大的原始数组灌进平台。
• 平台：AIRIOT 的数据采集与控制引擎、可视化组态引擎、数据分析引擎、业务流引擎和二次开发引擎（接入大语言模型生成个性化健康建议）。

达到了什么效果

• 全程非接触：不用穿戴、不受光线和遮挡影响，日常也不采集影像，隐私更友好。
• 呼吸、心跳实时上屏，超阈值自动触发邮件 / 微信告警，并联动摄像头抓拍与双向对讲。
• 睡姿、坐姿按天 / 周统计，生成睡眠质量评分和改善建议，历史数据可回溯。
• 作品完成现场实物演示并入围决赛，获得国赛一等奖。