韶關(guān)學(xué)院 王麗琴 陳恩典 朱燦維 林家俊 楊森泉 丁 凡

本項(xiàng)目透過(guò)對(duì)人們檢測(cè)尿液中各種成分含量為家人隨時(shí)檢查身體狀況，養(yǎng)成健康好習(xí)慣，致力于幫助人們擺脫亞健康。尿檢系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)境適合光源，用攝像頭對(duì)尿檢試紙和比色卡進(jìn)行對(duì)比。本項(xiàng)目采用微信小程序的形式使用戶可以通過(guò)手機(jī)就能便攜地查看生理指標(biāo)信息。本項(xiàng)目具有為老人檢測(cè)尿液、識(shí)別老人的健康狀況，監(jiān)控老人上廁所的頻率和時(shí)間等功能。

1 智能尿檢系統(tǒng)介紹

隨著社會(huì)老年化問(wèn)題的加劇和年輕人工作壓力不斷增大，人們的健康水平不斷下降。現(xiàn)階段亞健康大多數(shù)出現(xiàn)在年輕的上班族身上。由于工作壓力過(guò)大，身體缺乏鍛煉，再加上飲食不規(guī)律，使得亞健康在年輕的上班族身上頻繁出現(xiàn)。同時(shí)老人也是由于身體老化，機(jī)能衰退，飲食稍有不慎就容易導(dǎo)致身體的各項(xiàng)指數(shù)超標(biāo)。英國(guó)某制造商研制的智能馬桶通過(guò)對(duì)主人的糞便進(jìn)行分析，檢測(cè)主人的健康問(wèn)題和所缺乏的健康元素，并能自動(dòng)從超市訂購(gòu)食品，如果發(fā)現(xiàn)主人有疾病癥狀時(shí)，會(huì)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)與醫(yī)生聯(lián)系。但在國(guó)內(nèi)，對(duì)于具有智能健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的智馬桶研究較少。

為了解決以上所述的這些問(wèn)題，我們構(gòu)思出一套全新的解決方案。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)一個(gè)運(yùn)用5G技術(shù)可以將老人的身體狀況發(fā)到家人和醫(yī)生的手機(jī)app上的甚至可以預(yù)測(cè)老人的身體狀況的5G智能終端--基于AIoT技術(shù)的智慧家庭尿檢系統(tǒng)（下文簡(jiǎn)稱，智能尿檢系統(tǒng)）。每年按時(shí)體檢，可以全面、初步了解身體的健康問(wèn)題、各項(xiàng)指標(biāo)是否正常以及變化的情況，及時(shí)反應(yīng)身體健康狀況。其中，尿常規(guī)檢查是三大常規(guī)檢測(cè)之一，對(duì)腎臟及泌尿系統(tǒng)疾病診斷具有重要意義。尿檢系統(tǒng)可以為老人檢測(cè)尿液中各種成分含量進(jìn)而識(shí)別老人的健康狀況來(lái)預(yù)防疾病風(fēng)險(xiǎn)，還具有監(jiān)控老人上廁所的頻率和時(shí)間，馬桶殺菌、溫控坐墊等功能。本項(xiàng)目的智能尿檢系統(tǒng)可在人們上完廁所就立即可以得到你的健康報(bào)告。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

項(xiàng)目主要由智能馬桶和手機(jī)小程序組成。智能馬桶的功能模塊主要有：水泵電機(jī)部分、人體檢測(cè)檢測(cè)部分、WIFI通訊模塊、溫度采集模塊、攝像頭等構(gòu)成。如圖1所示，整個(gè)作品由控制系統(tǒng)、核心系統(tǒng)、服務(wù)端和客戶端四部分系統(tǒng)構(gòu)成。智能馬桶的處理核心由樹(shù)莓派和STM32構(gòu)成，兩者協(xié)助能夠更好得完成所要實(shí)現(xiàn)的功能。核心系統(tǒng)搭載一個(gè)10in的觸摸顯示屏，通過(guò)顯示屏可實(shí)時(shí)向用戶反饋界面信息。服務(wù)端則部署在云端，通過(guò)計(jì)算得出數(shù)據(jù)再與健康數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，客戶端則是用戶在手機(jī)上開(kāi)啟的微信小程序，用于用戶信息采集及信息展示等。

圖1 系統(tǒng)總體架設(shè)框圖

3 硬件設(shè)計(jì)

尿檢部分為我們項(xiàng)目中的關(guān)鍵一步，其涉及到尿液樣本的提取，樣本的顏色檢測(cè)和對(duì)比，從而獲得檢測(cè)人的身體狀況。首先是尿液樣本的提取，當(dāng)我們的濕度模塊檢測(cè)到使用者排出尿液時(shí)將會(huì)想STM32發(fā)送一個(gè)信號(hào)，然后STM32驅(qū)動(dòng)水泵對(duì)尿液進(jìn)行樣本的抽取，將抽取到的一小部分尿液存放在另外一個(gè)空間，然后使用樹(shù)莓派上的攝像頭對(duì)尿液進(jìn)行拍照處理，考慮到光對(duì)圖片的影響較大，所以我們還內(nèi)置了兩個(gè)補(bǔ)輔助光源，保證最大程度的還原尿檢試紙的顏色，樹(shù)莓派將獲取到的驗(yàn)?zāi)虬魣D片使用開(kāi)源的OpenCv庫(kù)進(jìn)行顏色的提取，將提取到的模板與我們事先使用深度學(xué)習(xí)框架訓(xùn)練好的模板進(jìn)行匹對(duì)，得出最終的結(jié)果。因?yàn)槭褂昧松疃葘W(xué)習(xí)，能夠較大程度的提高尿液顏色的正確匹配程度，有效克服了一些暗光等負(fù)面因素帶來(lái)的影響，大大提高了匹配的準(zhǔn)確率。

其大致流程圖如圖2所示。

圖2 智能尿檢系統(tǒng)工作原理

4 軟件設(shè)計(jì)

4.1 用戶交互界面部分

智能尿檢系統(tǒng)的交互界面如圖3所示，該界面可以根據(jù)需要開(kāi)啟家庭模式和老人模式；該系統(tǒng)支持多用戶操作。老人模式檢測(cè)間隔為每月一次；老人模式檢測(cè)時(shí)間每周一次；該界面可以通過(guò)觸屏點(diǎn)擊，用戶使用方便快捷，另外我們的流程簡(jiǎn)潔方便，老人孩子可以快速使用，幾乎不用學(xué)習(xí)。

圖3 智能尿檢系統(tǒng)部分交互界面

4.2 小程序部分

基于QT開(kāi)發(fā)出來(lái)的用戶交互界面，主界面有三個(gè)按鈕分別是老人模式、家庭模式、設(shè)置，進(jìn)入家庭模式之后掃描二維碼確定個(gè)人信息，便可以點(diǎn)擊開(kāi)始檢測(cè)，數(shù)據(jù)會(huì)上傳到你的個(gè)人賬戶里面；進(jìn)入老人模式后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)完成數(shù)據(jù)上傳，但是無(wú)法辨識(shí)用戶，數(shù)據(jù)會(huì)上傳到子女的賬號(hào)里；設(shè)置模式里面可以自動(dòng)校對(duì)時(shí)間和反饋用戶數(shù)據(jù)；UI設(shè)計(jì)采用深背景，大字體，用戶體驗(yàn)會(huì)更加舒適。小程序接收數(shù)據(jù)過(guò)程如圖4所示。

圖4 小程序接收數(shù)據(jù)過(guò)程圖

總結(jié)：隨著我國(guó)老齡化進(jìn)程不斷加快以及平均壽命的延長(zhǎng)，且年輕人工作壓力不斷增大，老年人在人口占比上面也不斷增加。家庭照料老年人面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，老年人的醫(yī)療和生活照料需求以成為老年服務(wù)的重點(diǎn)問(wèn)題。尿的生成主要在于腎，腎臟功能正常，尿路通暢，才能使體內(nèi)代謝廢物排出，保持人體內(nèi)環(huán)境相對(duì)平衡。本設(shè)計(jì)可以通過(guò)尿液來(lái)監(jiān)控老年人的身體健康狀況，同時(shí)也讓子女對(duì)老人少了一份擔(dān)憂與牽掛，可以安心工作生活。故相比于市場(chǎng)上那些復(fù)雜的尿檢機(jī)器，我們的智能馬桶更為實(shí)用，更能適應(yīng)時(shí)代潮流的發(fā)展，更加具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。