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2021/05/21 AITCシニア技術者勉強会 Re:ゼロから始める感染隔離生活
- 1. Re:ゼロから始める感染隔離生活 を活用した 感染隔離生活のバイタルサインデータと環境データIoTモニタリング 2021年5月21日 AITCシニア技術者勉強会 IoTシーズン5 チーム生存確認 日下 宏
- 4. リゼカンの目的と解決課題 目的：隔離されたときの孤独環境下で急変するかもしれない健康状態の外 部通知と精神衛生の維持をラズパイで実現する。 隔離の課題 １．バイタルサインの簡単計測 体がヤバいかどうか本人や周 りの人が迅速に判断できないと急変、重症化して生命危機に陥 る。定期的な計測も重要 ２．隔離部屋の良好な環境を維持 換気されたCO2濃度が低く 温度・湿度が適切で安全な室内環境が必要 ３．精神衛生の維持 計測促進用にガイダンス音声を再生し、 合間の時間は音楽や動画再生して、精神衛生を良好に保つ仕掛 けが必要 4
- 5. リゼカンのバイタルサイン計測内容 • 感染者がバイタルサインをセンサーで簡単に計測 計測対象：SpO2（血中酸素飽和度）、HR（心拍数）、体温 数値で重症化の有無を本人が確認できる • バイタルサインを第三者がリモート監視 第三者が感染者のバイタルサイン計測値を離れた場所のPCで視覚的 に監視して重症化の有無を確認する 離れた場所（固定された場所）で生存・健康状態確認を実現 • バイタルサインを第三者のスマホへプッシュ型の通知 家族のスマホへ計測値自動通知 離れた場所（決まってない場所）で生存・健康状態確認を実現 5
- 6. リゼカンのバイタルサイン計測（SpO2とHR） パルスオキシメータ用のセンサーでSpO2（血中酸素飽和度）、HR （心拍数）を数値化 SparkFun Pulse Oximeter and Heart Rate Sensor - MAX30101 & MAX32664 (Qwiic)を採用 6 真ん中の赤外線セン サー部分に指を押し当 てる
- 10. リゼカンのバイタルサイン計測（体温3） カメラ画像から顔認識＋顔赤枠表示のためOpenCV使用 サーモグラフィー8×8マトリクス表面温度数値を 色分け画面表示 計測した表面温度を体温へ補正計算 10
- 12. リゼカンのバイタルサインを第三者がリモート監視 • 有効な計測値をラズパイからPCのR言語プログラムへTCP/IP ソケット通信 • R言語のグラフプロット 機能でSpO2,HR,体温の 経過をリアルタイム表示 • R言語でcsvファイル出力 12
- 13. リゼカンのバイタルサインをスマホへプッシュ型通知 • ラズパイにMQTTサーバを構築 • 計測値をMQTTでPublish • スマホ側はオープンソースのMQTT Client アプリでSubscribe 13
- 14. リゼカンの環境データ計測実現方法 • 環境データをセンサーで自動計測 ①二酸化炭素濃度（CO2）を KEYESTUDIO DC 5V CCS811 CO2 二酸化炭素 TVOC 大気質 センサー モジュールで計測 ②気温、湿度をDHT11 温湿度センサー モジュールで計測 14 ラズパイの電源容 量に不安があるの で、ブレッドボー ドは別電源を配置
- 15. リゼカンの環境データを第三者がリモート監視 • 約１秒間隔でCO2濃度の計測値をラズパイからPCのR言語プロ グラムへTCP/IPソケット通信 • R言語のグラフプロット機能で経過をリアルタイム表示 • R言語でcsvファイル出力 15
- 16. リゼカンの定時的計測促進＋精神衛生維持のため音源再生 • ラズパイ拡張用のDACボードを装着 （ラズパイ標準の音出力はショボい） “InnoMaker Raspberry Pi HIFI DAC HAT PCM5122 HIFI DAC Audio Card”を採用 GPIO端子が用意されているので、ここから センサー接続が容易 • デジタル音源をアナログ信号に変換して 外部のデジタルアンプボード＋ステレオ スピーカーで再生→高音質 • 音源再生ソフトウェアはVLCプレイヤーを telnetで制御 • YouTube ハイレゾ音源をURL指定で自動再生 16
- 17. リゼカンのソフトウェア構成 17 Rspberry Pi4 8G 生体・環境 センサーデータ収集 音源再生 プログラム （Python3） MQTT Broker サービス サーモグラフィーセン サー（非接触体温計 測） カメラセンサー（顔 認識・撮影） 超音波距離セン サー（顔との距離 計測） 非接触体温計 OpneCVでカメラ画像、 サーモグラフ画像、セン サー計測値表示 Publish Subscribe Message 生体・環境モ ニタリング プログラム （R言語） IP Socket data通信 Windows10 Androidスマホ GUI表示 脈拍数、酸素飽和 度計測センサー DHT11 温湿度セン サーモジュール VLCメディア プレイヤー telnent CO2計測センサー MQTT Client SpO2+HRセンサー 制御プログラム （C言語） パルスオキシメータ 室内環境計測
- 21. リゼカンデモ 21
- 22. リゼカンの構成 22 Raspberry Pi本体 CPU Raspberry Pi 4 Model B / 8GB 拡張ボード InnoMaker Raspberry Pi HIFI DAC HAT PCM5122 HIFI DAC Audio Card Expansion Board for Raspberry Pi 4 3 B+ Pi Zero etc. (DAC HAT)：DAコンバータ ケーブル HDMIケーブル ケーブル 電源ケーブル メモリカー ド microSDXC 64GB SanDisk Extreme PRO UHS-1 U3 V30 4K プログラム Python3 約７００ライン作成
- 23. リゼカンの構成 23 体温計側 部 センサー Raspberry Pi カメラモジュール V2 センサー Conta™ サーモグラフィー AMG8833搭載 センサー HC-SR04 超音波距離センサーモジュール ケーブル Raspberry Pi カメラケーブル 30CM RPi用リボン フレックス延長ケーブル ブレッド ボード 400タイポイント ブレッドボード ワイヤー ジャンプワイヤー数本 スタンド スマホスタンド 折り畳み式
- 24. リゼカンの構成 24 バイタルサイン 計測部 センサー SparkFun Pulse Oximeter and Heart Rate Sensor - MAX30101 & MAX32664 (Qwiic) ブレッドボード 400タイポイント ブレッドボード ワイヤー ジャンプワイヤー数本 CPU Arduino UNO ケーブル Rspberry－Arduino接続USBケーブル プログラム センサー制御スケッチプログラミング 約150ライン作成
- 25. リゼカンの構成 25 室内環境計測 部 センサー DHT11 センサー 温湿度モジュール センサー KEYESTUDIO DC 5V CCS811 CO2 二酸化炭素 TVOC 大気質 センサー モジュール ブレッドボード 400タイポイント ブレッドボード ワイヤー ジャンプワイヤー数本 電源 ブレッドボード 専用電源 3.3V 5V ブレッドボード 電 源モジュール 電源ケーブル 汎用品
- 26. リゼカンの構成 26 音声ガイダン ス再生 デジタルアン プ DigiFi × Olasonic デジタルパワーアンプ 電源 デジタルアンプ用マイクロUSBケーブル＋電 源 スピーカー YAMAHAミニスピーカー×２ ケーブル スピーカーケーブル ×２ ケーブル RCAオーディオケーブル 音源再生プロ グラム VLCメディアプレイヤー
- 27. リゼカンの構成 27 その他 ディスプレイ ７インチ液晶モニタ マウス USBマウス キーボード USBキーボード PC Windows10 PC + R言語環境 PCプログラム R言語 約190ライン作成 MQTTクライア ント Androidスマートホン + MQTT Client ネットワーク Wifi環境
- 28. 勉強会の感想を一言 • 手持ちのラズパイ3では性能が出ないためラズパイ4新規購入や、成果 物構成する機器やセンサーの設備投資が結構かかる。 安価な勉強会ではなかった。 合計 約5万円 • ラズパイ1台だと電源周りや、演算処理パフォーマンスに限界を感じる。 ラズパイを複数構成でシステム構成を考えないと辛い （Httpサーバ、顔認識処理、サーモグラフィースムージングなど実装 を見送り） • 命は金に変えられない、備えあれば憂い無しということで実用的な作 品が作れたことは良かった。 書斎でパルスオキシメータ、二酸化炭素濃度モニタリングとして利用 中 28