AIOT智能云尿檢系統

韶關學院 王麗琴 陳恩典 朱燦維 林家俊 楊森泉 丁 凡

本項目透過對人們檢測尿液中各種成分含量為家人隨時檢查身體狀況，養成健康好習慣，致力于幫助人們擺脫亞健康。尿檢系統設計環境適合光源，用攝像頭對尿檢試紙和比色卡進行對比。本項目采用微信小程序的形式使用戶可以通過手機就能便攜地查看生理指標信息。本項目具有為老人檢測尿液、識別老人的健康狀況，監控老人上廁所的頻率和時間等功能。

1 智能尿檢系統介紹

隨著社會老年化問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?，F階段亞健康大多數出現在年輕的上班族身上。由于工作壓力過大，身體缺乏鍛煉，再加上飲食不規律，使得亞健康在年輕的上班族身上頻繁出現。同時老人也是由于身體老化，機能衰退，飲食稍有不慎就容易導致身體的各項指數超標。英國某制造商研制的智能馬桶通過對主人的糞便進行分析，檢測主人的健康問題和所缺乏的健康元素，并能自動從超市訂購食品，如果發現主人有疾病癥狀時，會通過互聯網與醫生聯系。但在國內，對于具有智能健康監測系統的智馬桶研究較少。

為了解決以上所述的這些問題，我們構思出一套全新的解決方案。本項目設計一個運用5G技術可以將老人的身體狀況發到家人和醫生的手機app上的甚至可以預測老人的身體狀況的5G智能終端--基于AIoT技術的智慧家庭尿檢系統（下文簡稱，智能尿檢系統）。每年按時體檢，可以全面、初步了解身體的健康問題、各項指標是否正常以及變化的情況，及時反應身體健康狀況。其中，尿常規檢查是三大常規檢測之一，對腎臟及泌尿系統疾病診斷具有重要意義。尿檢系統可以為老人檢測尿液中各種成分含量進而識別老人的健康狀況來預防疾病風險，還具有監控老人上廁所的頻率和時間，馬桶殺菌、溫控坐墊等功能。本項目的智能尿檢系統可在人們上完廁所就立即可以得到你的健康報告。

2 系統總體設計

項目主要由智能馬桶和手機小程序組成。智能馬桶的功能模塊主要有：水泵電機部分、人體檢測檢測部分、WIFI通訊模塊、溫度采集模塊、攝像頭等構成。如圖1所示，整個作品由控制系統、核心系統、服務端和客戶端四部分系統構成。智能馬桶的處理核心由樹莓派和STM32構成，兩者協助能夠更好得完成所要實現的功能。核心系統搭載一個10in的觸摸顯示屏，通過顯示屏可實時向用戶反饋界面信息。服務端則部署在云端，通過計算得出數據再與健康數據庫進行比對，客戶端則是用戶在手機上開啟的微信小程序，用于用戶信息采集及信息展示等。

圖1 系統總體架設框圖

3 硬件設計

尿檢部分為我們項目中的關鍵一步，其涉及到尿液樣本的提取，樣本的顏色檢測和對比，從而獲得檢測人的身體狀況。首先是尿液樣本的提取，當我們的濕度模塊檢測到使用者排出尿液時將會想STM32發送一個信號，然后STM32驅動水泵對尿液進行樣本的抽取，將抽取到的一小部分尿液存放在另外一個空間，然后使用樹莓派上的攝像頭對尿液進行拍照處理，考慮到光對圖片的影響較大，所以我們還內置了兩個補輔助光源，保證最大程度的還原尿檢試紙的顏色，樹莓派將獲取到的驗尿棒圖片使用開源的OpenCv庫進行顏色的提取，將提取到的模板與我們事先使用深度學習框架訓練好的模板進行匹對，得出最終的結果。因為使用了深度學習，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面因素帶來的影響，大大提高了匹配的準確率。

其大致流程圖如圖2所示。

圖2 智能尿檢系統工作原理

4 軟件設計

4.1 用戶交互界面部分

智能尿檢系統的交互界面如圖3所示，該界面可以根據需要開啟家庭模式和老人模式；該系統支持多用戶操作。老人模式檢測間隔為每月一次；老人模式檢測時間每周一次；該界面可以通過觸屏點擊，用戶使用方便快捷，另外我們的流程簡潔方便，老人孩子可以快速使用，幾乎不用學習。

圖3 智能尿檢系統部分交互界面

4.2 小程序部分

基于QT開發出來的用戶交互界面，主界面有三個按鈕分別是老人模式、家庭模式、設置，進入家庭模式之后掃描二維碼確定個人信息，便可以點擊開始檢測，數據會上傳到你的個人賬戶里面；進入老人模式后，系統會自動檢測，自動完成數據上傳，但是無法辨識用戶，數據會上傳到子女的賬號里；設置模式里面可以自動校對時間和反饋用戶數據；UI設計采用深背景，大字體，用戶體驗會更加舒適。小程序接收數據過程如圖4所示。

圖4 小程序接收數據過程圖

總結：隨著我國老齡化進程不斷加快以及平均壽命的延長，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峻挑戰，老年人的醫療和生活照料需求以成為老年服務的重點問題。尿的生成主要在于腎，腎臟功能正常，尿路通暢，才能使體內代謝廢物排出，保持人體內環境相對平衡。本設計可以通過尿液來監控老年人的身體健康狀況，同時也讓子女對老人少了一份擔憂與牽掛，可以安心工作生活。故相比于市場上那些復雜的尿檢機器，我們的智能馬桶更為實用，更能適應時代潮流的發展，更加具有市場競爭力。