Millimeter-wave Respiratory and Heart Rate Monitoring Device

毫米波非接触式生命体征监测系统

功能特性 • 系统架构 • 快速开始 • 使用指南 • 开源协议

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📖 简介

毫米波生命体征监测系统 (Millimeter-wave Monitoring Device) 是一个新一代的非接触式生理信号监测平台。它利用调频连续波 (FMCW) 雷达技术，通过捕捉人体胸壁微米级的微小位移，实现无感知的 心震图 (SCG)、呼吸波形 以及 心率 监测。

本项目采用前后端分离架构，集成了 Python 后端 用于复杂的数字信号处理（卡尔曼滤波、FFT、峰值检测），以及现代化的 Vue 3 + Electron 前端 用于医疗级的实时数据可视化。该系统非常适合应用于智慧养老、睡眠监测以及临床科研等场景。

✨ 功能特性

• 📡 非接触式感知: 基于毫米波雷达技术，在 0.5m - 2m 范围内无需佩戴任何设备即可监测。
• 💓 SCG 心震图分析: 实时提取并可视化心震图波形，提供更丰富的心脏机械活动信息。
• 🫁 呼吸追踪: 实时监测呼吸波形、呼吸率，并支持呼吸暂停事件检测。
• 📊 高精度心率: 采用 卡尔曼滤波 (Kalman Filter) 算法平滑心率数据，并支持 HRV (SDNN) 分析。
• 🛡️ 智能状态检测:
  • 在床/离床检测: 自动识别用户是否在监测范围内。
  • 异常报警: 实时检测并标记异常的生命体征数据。
• 🖥️ 交互式仪表盘:
  • 灵活布局: 支持 2x2 网格 和 1+3 聚焦 两种视图模式，适应不同监控需求。
  • 拖拽交互: 支持卡片拖拽排序，自定义个性化界面。
  • 深度分析: 支持波形 Y 轴自动/手动缩放，以及 SCG 信号质量阈值过滤。

🏗 系统架构

本系统采用高性能的模块化架构设计：

graph TD
    A[毫米波雷达] -->|UART 串口| B[Python 后端]
    subgraph Backend [后端服务]
        B --> C{数据处理管线}
        C -->|FFT/峰值检测| D[呼吸 & 心率算法]
        C -->|信号质量评估| E[SCG 分析模块]
        D --> F[SQLite 数据库]
        E --> F
    end
    B -->|IPC Named Pipes| G[Electron 前端]
    subgraph Frontend [可视化界面]
        G --> H[Vue 3 组件库]
        H --> I[ECharts 实时渲染]
        H --> J[状态管理]
    end

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🚀 快速开始

环境要求

• 硬件: 毫米波雷达开发板。
• 操作系统: Windows 10/11 或 Ubuntu 20.04+
• 运行环境:
  • Python 3.8+
  • Node.js 16+

安装步骤

1. 克隆项目代码

   git clone https://github.com/yourusername/mmw-monitoring-device.git
   cd mmw-monitoring-device

2. 后端环境配置

   # 安装 Python 依赖
   pip install -r requirements.txt

3. 前端环境配置

   cd frontend
   # 安装 Node.js 依赖
   npm install

🖥 使用指南

1. 启动后端服务

后端服务负责与雷达通信并进行数据处理。

# 在项目根目录下运行
python src/main_process.py

2. 启动前端应用

前端提供实时数据可视化界面。

• 确保后端服务已启动并正确连接到雷达设备。
• 前端默认连接本地后端服务。

cd frontend
# 开发模式运行 (浏览器访问)
npm run dev

# 或者：作为桌面应用运行
npm run electron:dev

3. 仪表盘操作

• 布局切换: 点击右上角的按钮在 Grid (网格) 和 Focus (聚焦) 视图之间切换。
• 聚焦模式: 点击任意卡片（如 SCG、呼吸、心率），将其放大至主视图区域。
• Y轴控制: 点击卡片上的 Auto 按钮开启自动缩放，或手动输入 Min/Max 值以固定坐标轴范围，便于稳定观察。

📂 项目结构

.
├── firmware/           # 雷达固件镜像 
├── frontend/           # Vue 3 + Electron 前端应用
│   ├── electron/       # Electron 主进程与预加载脚本
│   │   ├── main.js     # Electron 入口
│   │   └── preload.js  # 预加载脚本 (IPC 安全桥接)
│   └── src/
│       ├── components/ # 可视化组件 (SCGCard, BreathCard 等)
│       ├── utils/      # 前端工具库 (IPC 通信封装)
│       ├── App.vue     # 应用根组件
│       └── main.ts     # Vue 入口文件
├── hardware/           # 外壳 3D 打印模型与 CAD 文件
├── src/                # Python 后端源代码
│   ├── main_process.py # 程序入口 (多进程管理)
│   ├── config.py       # 系统配置文件
│   ├── mmw_radar.py    # 雷达串口通信接口
│   ├── mmw_breath.py   # 呼吸信号处理算法
│   ├── mmw_heart_rate.py # 心率与 HRV 计算
│   ├── mmw_human_check.py # 人体存在与体动检测
│   ├── mmw_scg_grade.py# SCG 信号评分与分析
│   ├── mmw_database.py # 数据库读写操作封装
│   ├── models.py       # SQLite 数据库模型定义
│   ├── ipc_worker.py   # 进程间通信 (IPC) 核心逻辑
│   └── utils.py        # 通用工具函数
└── requirements.txt    # Python 依赖列表

🤝 参与贡献

欢迎提交 Issue 或 Pull Request 来改进本项目！

📄 开源协议

本项目采用 MIT 协议开源。详情请参阅 LICENSE 文件。