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基于毫米波雷达的非接触式壁挂老年人跌倒监测系统设计

章节导览

系统构成

层级	组成	职责
感知层	60 GHz 毫米波雷达、HC-SR501 PIR、MQ-2、MQ-4、SU-03T 语音	人体存在与跌倒主判定、活动辅助、环境超限、语音交互
本地判定层	STM32F103C8T6	状态机、确认窗口、声光报警、取消按键
联网层	ESP32-S3	TinyFrame 解析、Wi-Fi、MQTT、断网缓存与补传
云端	Node.js + TypeScript + SQLite	事件去重入库、REST API、WebSocket 推送
家属端	Vue	实时报警、历史记录、设备与传感器状态

判定与报警时效

• 跌倒候选确认窗口 5 秒：并行判断 PIR 无活动、雷达高度持续低于阈值（默认 0.65 m）、硬线冗余。
• 30 秒取消窗口：本地声光报警不因取消窗口而延迟；超时未取消则事件置为 confirmed 并上报。
• 久滞判定（两级升级）：观察窗 5 分钟仅记录（L1）→ 满 15 分钟且活动量持续偏低触发 L2 预警（提示音 + 语音询问）→ 发问后 60 秒无应答触发 L3 紧急。
• 已知误报源：洗澡超过 15 分钟时水流会使 PIR 不触发活动，可能被误判为低活动量。这是本方案已知限制，不宣称零误报。

实验与指标口径

全部指标按「实测值 + 单侧 95% 置信下限 + 是否达到期望目标」三项并列报告，不把三者混成一个数字。

为什么用单侧置信下限

灵敏度是单侧阈值主张——只关心「够不够高」，不关心上限。样本量是 6–8 名志愿者，可产生的跌倒正样本约 30–40 次，因此采用 Clopper-Pearson 单侧 95% 置信下限。

全检出情形	单侧 95% 置信下限	能否支持「≥90%」
30 / 30	90.5 %	勉强（擦线，无余量）
40 / 40	92.8 %	能，且留有余量
150 / 150（特异度）	98.0 %	能
20 / 20（语音）	86.1 %	撑不起 90%

六个实验组

组	内容	样本与产出
A 覆盖范围标定	挂高 2.2 / 2.6 / 3.0 m 三档，0.5 m 地面网格，每点站立 60 s	每档一张覆盖热力图 + 盲区位置
B 跌倒检测	受控跌倒，前向与侧向各占一定比例；灵敏度按 S=3/10/30 三档各测一轮	8 人 × 5 次 = 40 次正样本；输出灵敏度与特异度
C 久滞检测	卫生间 15 分钟阈值下的检出率与误报率	检出率、误报率、洗澡场景单独统计
D 语音交互	语音呼救与语音取消的识别率	20 次命令词测试
E 断网补传	断网期间本地报警可用性、恢复后补传完整性	事件不丢、不重、时间戳可对
F 稳定性	长时间运行下的掉线与自恢复	连续运行日志

结果记录字段

字段	说明
实验编号	A / B / C / D / E / F
被试编号	S01–S08（不记录姓名）
真值时刻	两人独立标注「动作完成时刻」，分歧由第三人裁定
系统上报时刻	ESP32 侧 1 ms 计时 + 后端入库时刻
是否检出	是 / 否（漏检用于计算灵敏度）
备注	遮挡、干扰源、异常情况

数据状态

三条口径纪律

• 受控跌倒与非受控事件分开统计：实验期间偶发的真实磕碰单独列为观察记录，不计入灵敏度分母；
• 标称值不作结论：厂商给出的识别率只作参照，本系统只报自测值；
• 不出医疗结论：不写诊断、不写生命体征判断、不写「临床级」。

家属端界面

家属端只与后端交互，不直连设备、不持有 Broker 凭据。三个核心界面：

三个界面各自解决什么

界面	核心信息	设计取舍
实时报警	事件横幅、时间轴、传感器状态、两个操作按钮	时间轴把「雷达判定 / 本地报警 / 后端入库」三个时刻并列，让家属理解延迟构成
历史记录	按日期分组的事件列表，含级别与状态标签	L1/L2/L3 用颜色区分；「已取消」与「已确认」并列显示，取消率是可观测指标而非缺陷
设备状态	在线状态、链路诊断、传感器读数、固件版本	链路状态必须暴露给前端——否则「雷达正常但本地报警哑掉」这类故障完全隐形；读数不换算 ppm，只显示相对值

课题信息

参考文献

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这篇背后用到的四篇笔记

这一页只写方案本身。选型、供电、主题与部署各自的推导过程单独成篇，按下面顺序读，能看清每条约束是怎么定下来的。

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