摘要 随着各种宠物进入市场，动物的保护及其与人和谐相处的问题愈发凸显，对动物的健康管理和生态研究逐渐重视起来。传统的人体生命体征检测方法存在侵入性、操作复杂或无法实时监测等缺点。相比之下，毫米波雷达技术一种新兴的非接触式测量手段，克服了传统检测手段的局限和不适，通过分析动物的呼吸频率、心跳、情绪等生理信号，识别出物种种类，并实时评估其健康状况。 本项目基于毫米波雷达技术，设计并实现了一个便携式的嵌入式生命体征检测系统，旨在提供一种非侵入性、实时、精准的动物生命体征识别和检测方案，预防危险物种入侵，提高动物身心健康预警能力等。本系统主要由 FMCW毫米波雷达、显示屏模块、无线模块、编码器旋钮模块组成。通过毫米波雷达获得雷达原始数据，通过信号处理算法获得心跳呼吸数据并将其在显示屏模块显示出来，还能将数据通过无线模块实时传输至上位机，如智能手机，供用户随时查看。 这种设计不仅提高了检测的便利性，有助于降低医疗保健成本，并为患者提供更为舒适和自由的检测体验，还为动物生命体征检测的难题提供了方案，受到了顾客的一致好评。

关键词：毫米波雷达 生命体征检测 嵌入式系统 无线传输

一、绪论

1.1 研究目的与意义

毫米波雷达生命体征检测旨在利用无线信号技术，非接触式地实时获取动物的心跳与呼吸数据，提供便捷而准确的监测手段。该技术在医疗、健康管理及安全防护等领域具有重要的应用价值与广阔前景。

本研究旨在进一步探索该技术在多领域的应用潜力，通过优化性能与算法，提升检测精度和实时性，以适应不同场景需求。通过持续实验与改进，推动该技术广泛应用，为人类健康生活带来更多创新与便利。

1.2 国内外研究现状

近年来，呼吸与心率算法研究备受关注。为抑制多径效应，李牧等人提出基于伪随机序列调制与去趋势处理FF 检测方法，但自适应性与准确度仍有不足，算法性能有待进一步提升。

国外研究方面，有学者采C 雷达FMC 芯片进行监测，但易受环境干扰与人体晃动影响。为此，研究者们提出双雷达互注入锁定、多相基离散余弦变换等方法，以抑制运动伪影并实现心率实时检测，为雷达生命体征检测提供了重要技术思路。

1.3 研究主要内容

本研究基于毫米波雷达开展生命体征检测，重点研究其技术原理与信号处理方法，设计并开发针对呼吸、心率及体温等指标的检测算法，同时优化系统软硬件以提升检测精度与实时性。通过实验验证及与传统方法对比，评估系统性能，并持续迭代优化，旨在为动物生命体征监测提供准确可靠的解决方案，推动其实际应用。

二、总体设计

基于毫米波雷达的生命体征检测系统，采用了 ESP32_WROOM32 模组作为其核心控制单元，展现了一种高效的系统架构。通过IWR6843AOPEVM 采集生命体征雷达原始数据，再通过信号处理算法获得生命体征信号，使用通信协议传输至 ESP32_WROOM32 模组，ESP32_WROOM32 模组再将数据显示在 OLED 显示屏上，同时可以通过旋转编码器控制OLED 显示屏，ESP32_WROOM32 模组还可以将生命体征信号传输到手机端上位机上。总体设计图如图2-1 所示。

本系统以 FreeRTOS 实时操作系统为软件核心，通过高效的任务调度与资源管理，确保了数据采集、信号处理及人机交互等多任务的稳定并行执行，显著提升了系统整体的实时性与效率。系统的感知层由德州仪器（TI）的毫米波雷达传感器 IWR6843AOPEVM 构成，它负责非接触式地采集原始的呼吸、心跳等生理信号；这些信号经过一系列处理（流程见图 2-2），被提取为清晰的生命体征数据。

处理后的有效数据由具备强大计算与连接能力的 ESP32 模组接收。ESP32 不仅驱动OLED 显示屏进行直观的生命体征信息可视化，还通过内置蓝牙模块将数据无线传输至手机上位机，实现远程监控。用户可通过旋转编码器这一人性化输入设备，灵活操控OLED 界面，从而构成了一个集实时感知、智能处理、本地显示与无线传输于一体的、交互便捷的完整监测解决方案。

图 2-2 毫米波雷达信号处理流程图

在毫米波雷达的运行过程中，稳定性是至关重要的。为了确保这一点，采用PCB 设计和制造工艺，将各个关键模块进行布局和固定。通过这种方式，不仅完成了整体结构的稳定性，还优化了组件间的连接，从而提升了系统的性能和可靠性最终完成的产品俯视图。

三、成果与社会关系

基于毫米波雷达的生命体征检测系统的设计与实现，在当今社会中扮演着至关重要的角色。该系统运用尖端的毫米波技术，以一种非接触的方式，实时监测和分析人体的生理特征和生命体征，例如呼吸、心跳和运动等。这种技术的应用范围极为广泛，它不仅在医疗领域展现出巨大的潜力，也在安防和救援领域发挥着不可或缺的作用，对社会产生了深远的积极影响。

在医疗领域，该系统能够为医护人员提供及时且精确的生理参数监测，如心率和呼吸频率，极大地提升了医疗护理的质量和效率。它在重症监护和手术过程中的应用，有助于及时发现病患的异常情况，从而减少医疗事故的风险，提高救治成功率。同时，这一系统在安防领域的应用同样不容小。

在社会生活中，通过实时动物活动，该系统能够迅速识别动物的异常状态，保障了动物的健康的同时避免了动物对人类的伤害，保障了人的安全。

在救援领域，基于毫米波雷达的生命体征检测系统同样发挥着至关重要的作用。在自然灾害或事故发生时，该系统能够用于快速定位被困者，评估其生命体征，为救援团队提供准确的信息，指导救援行动，有效提升救援效率，减少伤亡。