帶有物聯(lián)網(wǎng)自動化的溫度和心率傳感器手鏈

描述

介紹

隨著年齡的增長帶來了智慧......然后是疼痛和痛苦。這些煩惱之一是無法睡個好覺。睡眠不足或質(zhì)量差會影響記憶的鞏固（以及其他認(rèn)知功能），阻礙身體的恢復(fù)過程，并對情緒產(chǎn)生負(fù)面影響（Killgore，2010）。在更年期，夜間潮熱（也稱為與更年期相關(guān)的盜汗）的發(fā)生會顯著擾亂睡眠。

事實上，潮熱被認(rèn)為是更年期過渡最常見的癥狀。它們的強(qiáng)度、頻率和持續(xù)時間可能不同。一項針對 1996 年 2 月至 2013 年 4 月期間 3302 名女性進(jìn)入更年期的研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)女性經(jīng)歷潮熱超過四年，最長持續(xù)時間約為 12 年（Avis 等，2015）。鑒于此，夜間潮熱可能會導(dǎo)致長期睡眠中斷（Mayo Clinic，2020）。此外，潮熱發(fā)作的持續(xù)時間可能從幾秒到超過十分鐘不等。

也許踢掉床單是不夠的，或者穿多層隨后去除它們是非常不方便的。此外，縱觀市場，有各種各樣的可穿戴溫度傳感器和冷卻裝置，但這些都沒有取得大規(guī)模的成功。粗略地說，冷卻機(jī)制要么無效，要么依從性低，這僅僅是因為產(chǎn)品的美觀性（例如太笨重、不吸引人）（Wark、Henningham、Gorelik、Jayasinghe、Hartley 和 Garland，2015 年）。如果女性要勇敢度過更年期，她們應(yīng)該得到有效的產(chǎn)品，并且在使用時看起來很棒！

我們的解決方案旨在為夜間潮熱提供可靠和方便的緩解。它以最小的傳感器手鐲為中心，分別以分鐘和秒的間隔監(jiān)測溫度（攝氏度）和心率（每分鐘跳動數(shù)，BPM）。數(shù)據(jù)由微控制器接收并最終連接到智能風(fēng)扇、空調(diào)系統(tǒng)或智能家居設(shè)備（即 Google Home、亞馬遜的 Alexa）。潮熱將被檢測為尖峰，首先表現(xiàn)為心率升高，其次表現(xiàn)為體溫升高。為了響應(yīng)峰值，連接的冷卻設(shè)備，在我們的演示中 - 風(fēng)扇，將吹冷空氣，直到溫度穩(wěn)定或直到用戶需要。

通過確保我們身體在睡眠期間自然涼爽的溫度，我們希望幫助女性 (1) 方便地應(yīng)對夜間潮熱和 (2) 保持上述良好睡眠的好處。雖然我們的原型使用了一個基本的風(fēng)扇，但我們設(shè)計我們的產(chǎn)品是希望方便地集成到許多已經(jīng)擁有智能技術(shù)控制的冷卻系統(tǒng)和設(shè)備的家庭中。我們很高興在創(chuàng)新的同時牢記我們所愛的人，并希望能接觸到世界上其他值得擁有美麗睡眠的女性！

項目構(gòu)成

創(chuàng)建服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫

我們處理與我們的手環(huán)交互的多個設(shè)備的解決方案是在一個 RESTful API 服務(wù)器上注冊它們，該服務(wù)器將有關(guān)每個設(shè)備的信息存儲在數(shù)據(jù)庫中。然后手環(huán)可以通過restful API服務(wù)器修改這些設(shè)備的不同狀態(tài)（例如風(fēng)扇速度級別或光強(qiáng)度）。可以在我們的 Github 上找到 API 列表（在附件中找到）。

服務(wù)器堆棧

node.js 服務(wù)器部署在 Google Kubernetes Engine (GKE) 上，以允許根據(jù)請求負(fù)載進(jìn)行自動擴(kuò)展。服務(wù)器正在將所有數(shù)據(jù)發(fā)送到 mongoDB 實例。隨意使用我們當(dāng)前正在運行的服務(wù)器http://34.66.131.1 。否則，當(dāng)前狀態(tài)的服務(wù)器是可部署的；隨意在您喜歡的地方啟動它。您可以運行命令“node index.js”或?qū)⒎?wù)器構(gòu)建到 docker 容器中。

設(shè)計設(shè)備

傳感器

我們設(shè)計此設(shè)備的首要目標(biāo)是了解潮熱的檢測方法。根據(jù)我們的研究，我們得出的結(jié)論是，潮熱包括體溫升高并伴有心率波動。一般來說，我們發(fā)現(xiàn)這些峰值的強(qiáng)度因女性而異，取決于她們的基礎(chǔ)溫度和靜息心率。由于體溫是最重要的檢測器，因此需要一個精確的溫度傳感器。DS18B20 數(shù)字溫度傳感器提供良好的精度和非常高的分辨率（可調(diào)整為 0.5°C、0.25°C、0.125°C 或 0.0625°C 的增量檢測）。至于心率，我們使用了 MAXREFDES117# 心率和血氧傳感器，因為它體積小巧。

我們將兩個傳感器手工縫到彈性織物帶上，佩戴更舒適。為了盡可能保持手鏈的可穿戴性和最小化，我們最終決定在手鏈外部安裝冷卻機(jī)制。我們發(fā)現(xiàn)其他冷卻可穿戴設(shè)備的共同點是珀爾帖板。雖然它可以提供短暫的冷卻緩解，但如果沒有適當(dāng)?shù)臒岱稚?，就會?dān)心熱流失。此外，考慮到這一點的產(chǎn)品往往體積龐大（即包括散熱器或風(fēng)扇）。

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1 / 2 ?傳感器手環(huán)的面包板演示。

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微控制器(MC)

ESP8266 模塊非常適合我們的項目，它具有小巧的外形、WIFI 功能和低成本。

它是如何工作的（帶有風(fēng)扇設(shè)置）

我們的手環(huán)循環(huán)運行，連續(xù)監(jiān)測心率并每分鐘檢查一次溫度。兩者的平均值存儲在數(shù)組中；只保存最后 15 個條目以提高檢測的準(zhǔn)確性。如果檢測到心率升高 15 次，手環(huán)會立即讀取溫度讀數(shù)。如果檢測到溫差為 0.5°C，手環(huán)將在 20 秒后再次讀取，以防止誤報。此步驟中溫度偏差的另一個指示將導(dǎo)致向服務(wù)器發(fā)送消息以打開已注冊的 IoT 設(shè)備。當(dāng)溫度恢復(fù)到基礎(chǔ)平均值時，將發(fā)送另一條消息來為相關(guān)的已注冊物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備供電/關(guān)閉。

傳感器手環(huán)原型。

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Google 助理、IFTTT 和 Webhook

為了提供更多控制和靈活性，我們已將我們的服務(wù)器鏈接到 IFTTT 中的 webhook 小程序。這使用戶能夠通過 IFTTT 上提供的服務(wù)控制連接到服務(wù)器的任何設(shè)備。

測試/演示

下一步

我們相信 Br(easy) 的未來迭代可以受益于監(jiān)測潮熱模式的移動應(yīng)用程序，例如持續(xù)時間、頻率、溫度和心率偏差，以更好地告知用戶他們的癥狀。如前所述，潮熱雖然是更年期的常見癥狀，但在這些方面在女性中也存在極大差異。更好的跟蹤器可以讓用戶做出更明智的健康決定。

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