基于毫米波雷达的车内婴幼儿感知系统研究.pdf
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1、 TECHNOLOGY AND INFORMATION工业与信息化142 科学与信息化2023年10月上基于毫米波雷达的车内婴幼儿感知系统研究蔡楚彬身份证号码:44528119*120013 广东 广州 511440摘 要 针对当前社会频繁发生的婴幼儿被遗忘在车内的悲剧事件,通过对毫米波雷达的研究,实现对车内密闭空间生命体征的探测,并结合当前5G技术,通过振动传感器、温度传感器,利用TCP与服务器连接,实现温度变化、车内人员生命体征心跳频率,方位、车辆行驶状态等传感器数据的远程传输,服务器根据对数据的分析做出判断,在出现婴幼儿被遗忘在车内的情况下,通过5G传输模组主动向系统预先设定的手机号码实
2、现远程电话报警,通知相关人员快速做出反应,解救被困婴幼儿。关键词 毫米波雷达;生命体征探测;5GResearch on Perception System of Infant in Car Based on Millimeter Wave RadarCai Chu-binID Card No.:44528119xxxx120013,Guangzhou 511440,Guangdong Province,ChinaAbstract In view of the current society frequent occurrence of the tragic events of infants
3、being forgotten in the car,through the study of millimeter-wave radar,the life signs of the enclosed space in the car can be detected.Combined with the current 5G technology,through the vibration sensor and temperature sensor,using TCP and server link,the temperature changes,the personnels vital sig
4、ns heart rate in the car,sensor data such as orientation and vehicle driving status can be transmitted remotely,and the server makes a judgment based on the analysis of the data.In case of infants being forgotten in the car,through the 5G transmission module,the long-distance telephone alarm to syst
5、ems pre-set mobile phone number can be achieved,notifying the relevant personnel to respond quickly and rescue trapped infants.Key words millimeter wave radar;vital signs detection;5G引言根据最新调查显示,婴幼儿因监护人疏忽被遗忘在车内,造成的悲剧事件时而发生,特别在炎炎夏日,在汽车密闭的空间内部,经过太阳烘烤,容易造成车内气温上升,对儿童身体如脑肾等器官,造成不可逆的损伤,甚至对生命也会造成威胁。随着近几年对毫米
6、波技术的研究,相关理论和应用也日渐成熟,因此基于毫米波雷达的技术已经逐渐应用在实际生活中的智能产品上。毫米波雷达技术能识别很小的物体,尤其对于识别多个物体,具有非常大的优势。目前在监测呼吸心率、探测生命体征上都有相关应用。因此,研发一款车内婴幼儿感知系统的产品在技术上是可行的,在市场上具有广泛的应用前景。本文提出的基于毫米波雷达对生命体征的探测,是基于TI公司的IWR6843应用设计,用于准确计数和跟踪感兴趣区域中的人数及对区域中的人进行生命体征探测1。雷达数据处理链包含了静态杂波去除、距离方位角热图计算、俯仰角估计、多普勒提取以及静止单目标的生命体征估计算法,以获得4D点云信息,在使用目标追
7、踪算法对获得的点云信息进行处理后,生命体征估计算法会将人员的生命体征信息估计出来。本文通过毫米波雷达对汽车内生命体征探测之外,为能快速准确的判断车内生命体征的人员是否处于危险状态或者是正常状态,并让系统快速做出反应,本文提出在本系统中增加三轴传感器、温度传感器、5G数据传输设备。结合以上传感器数据,当车内检测到车内存在生命体征时,车内温度达到设定阈值,且车辆处于静止状态,这时车内将主动向系统预先设定的手机号码发送远程电话报警信息,并通知相关人员快速做出反应。本系统主要由四部分构成:雷达探测装置,实现人体位置、心跳和呼吸生命体征检测。运动传感器检测,判断车辆的运动状态,为报警提供数据依据。车内环
8、境温度检测,记录车辆内的环境温度,为报警提供数据依据。数据通信,采用5G通讯模组,实现数据的远程监控和数据远程报警功能。1 毫米波雷达的生命体征检测此设计使用了FMCW波形固有的测距能力,在距离上对目标进行探测,找到对应的目标点后,因为生理活动引起体表运 TECHNOLOGY AND INFORMATION工业与信息化科学与信息化2023年10月上 143动,从而引起接收到雷达信号的相位变化,所以将进一步使用信号处理算法来提取呼吸和心率2。在既定的近距离使用场景中,选取信号反射能量最强点即为被测人体的胸腔,以此为基准对反射相位变化情况进行分析,从而得到呼吸叠加心跳导致的体表振幅变化。如下图1所
9、示,每50ms为一帧,每次测量一组数据,通过慢时间积累N个帧的数据后,即可在感兴趣的距离点上获取到随时间变化的相位变化情况,这个相位变化情况及反映了被测人的体表振幅变化(由生理活动中的呼吸及心跳产生)。图1 体表振幅信号的获取得到体表振幅变化曲线的数据后,选取合适的滑动窗口,本设计使用512帧的数据进行估算,即25.6s的滑动窗口,以此相位信息进行相关滤波处理。对于呼吸及心跳的估算,分别使用两组不同截止频率的带通滤波器将呼吸及跳的信号波形滤出,并使用FFT或峰计数等方法得到被测人的呼吸及心跳值。图2 呼吸及心跳波形的分离算法流程图在实验室环境测试,被测人距离雷达约1.5m的距离,测试过程中保持
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