Умный браслет на Arduino MKR GSM 1400: мониторинг здоровья и геолокации через Hologram IoT

Компоненты и материалы

Инструменты

• Паяльник

Облачные сервисы и ПО

• Arduino IDE / Arduino Web Editor
• Microsoft Azure (IoT Hub, Cosmos DB, Stream Analytics)
• Microsoft Power BI (дашборды врача и пациента)
• Hologram Data Router

О проекте

SmartWristband — носимое устройство для удалённого мониторинга пациентов с лёгкой формой COVID-19 (или других инфекций) на дому. Браслет измеряет температуру тела, частоту сердечных сокращений и геолокацию, передаёт данные в Azure через GSM (Hologram SIM) каждые 5 минут. Врач видит дашборд в Power BI с алертами (температура, пульс, снятие браслета, выход из дома). Пациент видит свои виталы в мобильном приложении Power BI. Автономность — 8 дней (при опросе каждые 10 мин — 16 дней). Стоимость одного устройства ~€70, backend — €30/2 недели для любого количества устройств.

Архитектура

1. Устройство: MKR GSM 1400 + датчики → каждые 5 мин собирает данные → проверяет, носится ли браслет (по паттерну пульса) → упаковывает JSON → отправляет через GSM в Azure IoT Hub (MQTT over TLS, сертификат X.509).
2. Бэкенд: IoT Hub → Stream Analytics Job → Cosmos DB (JSON).
3. Фронтенд: Power BI подключается к Cosmos DB, строит отчёты, применяет ML-прогноз (temperature, heart rate, battery). Врач получает email-алерты. Пациент — упрощённый мобильный дашборд без прогнозов и геолокации.

Ключевые особенности

• Полная изоляция данных: устройство не обрабатывает геолокацию, шифрованный канал в Azure.
• Масштабируемость: один Stream Analytics Job и одна БД для тысяч устройств.
• Open Source: весь код на GitHub, используются только открытые библиотеки.
• Низкая стоимость: повторно используемые компоненты, дешёвая связь Hologram.

Пошаговая инструкция (кратко)

1. Железо: соберите схему (см. Schematics). Датчик пульса → A5, термометр → A4. Вставьте SIM.
2. Сертификат: сгенерируйте X.509 для MKR GSM (туториал для MKR NB, остановитесь после генерации, сохраните SHA1).
3. Azure IoT Hub: создайте Free tier, Device с аутентификацией по сертификату (Thumbprint = ваш SHA1).
4. Cosmos DB: создайте БД SmartWristband, контейнер data.
5. Stream Analytics: Input = IoT Hub, Output = Cosmos DB. Запрос: SELECT time, id as name, geoLat as latitude, geoLng as longitude, isWorn, heartrate, temperature, battery INTO [db] FROM [hub].
6. Библиотеки: MKRGSM, RTCZero, ArduinoBearSSL, ArduinoECCX08, ArduinoMqttClient, ArduinoLowPower, DFRobot_Heartrate.
7. Переменные (secrets.h): SECRET_BROKER = hostname IoT Hub, SECRET_DEVICEID = имя устройства, DEVICE_ID = ID пациента, MODE = DEVELOP_TIME (10 сек) или RELEASE_TIME (5 мин).
8. Прошивка: загрузите в DEVELOP_MODE, проверьте Serial Monitor и IoT Hub Metrics. Переключите на RELEASE_TIME, отключите USB, работайте от батареи.
9. Power BI: подключитесь к Cosmos DB, создайте меры (DAX-скрипты из репозитория), постройте дашборды врача и пациента, опубликуйте в веб, настройте алерты (температура > 38°C, пульс > 100).
10. Корпус: 3D-печать (файл в репо) или самодельный из пластика.

Ресурсы

• GitHub: github.com/Andrei-Florian/SmartWristband (код, DAX-меры, 3D-модель)
• Схема: schematics_HcrW1SiwfW.fzz (Fritzing)