混合式TOF传感宠物狗呼吸监测系统的设计

时正顺; 刘宏月; 曹燕

doi:10.37188/OPE.20253320.3180

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混合式TOF传感宠物狗呼吸监测系统的设计

现代应用光学 | 更新时间：2025-11-28

- 混合式TOF传感宠物狗呼吸监测系统的设计
- Design of a respiration monitoring system for pet dogs based on hybrid TOF
- 光学精密工程 2025年33卷第20期页码：3180-3191
- 作者机构：
  
  1.上海大学机电工程与自动化学院，上海 200444
  2.上海蓝石宠物医院，上海 200070
- 作者简介：
  
  [ "时正顺（2000-），男，江苏宿迁人，硕士研究生，2023年于浙江理工大学获得学士学位，现为上海大学机电工程与自动化学院机械专业硕士研究生，主要研究方向为智能传感系统开发，目前致力于非接触式宠物健康监测设备的系统研发。 E-mail：1556887121@shu.edu.cn" ]
  [ "刘宏月（1983-），女，黑龙江人，副教授，现为上海大学机电工程与自动化学院教师，主要从事智能结构状态监测、智能传感系统研发等研究。 E-mail： lhy320208@shu.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  国家自然基金面上项目(52377117)
- DOI：10.37188/OPE.20253320.3180
  中图分类号： TP212
- CSTR：32169.14.OPE.20253320.3180
- 收稿：2025-06-07，
  
  修回：2025-08-02，
  
  纸质出版：2025-10-25
- 稿件说明：
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时正顺,刘宏月,曹燕.混合式TOF传感宠物狗呼吸监测系统的设计[J].光学精密工程,2025,33(20):3180-3191.

SHI Zhengshun,LIU Hongyue,CAO Yan.Design of a respiration monitoring system for pet dogs based on hybrid TOF[J].Optics and Precision Engineering,2025,33(20):3180-3191.
时正顺,刘宏月,曹燕.混合式TOF传感宠物狗呼吸监测系统的设计[J].光学精密工程,2025,33(20):3180-3191. DOI： 10.37188/OPE.20253320.3180. CSTR： 32169.14.OPE.20253320.3180.

SHI Zhengshun,LIU Hongyue,CAO Yan.Design of a respiration monitoring system for pet dogs based on hybrid TOF[J].Optics and Precision Engineering,2025,33(20):3180-3191. DOI： 10.37188/OPE.20253320.3180. CSTR： 32169.14.OPE.20253320.3180.

摘要

针对犬类心力衰竭诊疗中呼吸频率连续监测的临床需求，开发一种混合式TOF（Time-of-Flight）传感的新型非接触式呼吸监测系统。提出单点-点阵混合式TOF传感架构，构建自适应空间监测模型以适应宠物不同姿态的监测。基于STM32嵌入式平台实现传感器时序协同控制与原始信号预处理，通过LabVIEW上位机开发实时呼吸波形解析算法，并光学校准测试优化点阵TOF测距参数。静态场景下对小型犬的测试表明，系统呼吸频率测量误差≤2 BPM（breaths per minute）。LabVIEW界面可实时显示呼吸波形与BPM值，验证了光学TOF传感在活体监测中的可行性。单点-点阵混合TOF系统通过光学测量优化与空间自适应策略，实现了高精度犬静态呼吸监测，为宠物医疗领域提供了小型化、低成本的生物光学测量新方案。

Abstract

To address the clinical need for continuous respiratory rate monitoring in dogs with heart failure， this study developed a novel non-contact respiratory monitoring system based on Hybrid TOF （optical time-of-flight） sensing. A hybrid single-point/array TOF sensing architecture was proposed， incorporating a spatial adaptive monitoring model to accommodate varying pet postures. An STM32-embedded platform enabled sensor synchronization and raw signal preprocessing， while a LabVIEW-based host computer implemented real-time respiratory waveform analysis algorithms. Optical calibration tests optimized array TOF ranging parameters. Testing on small-sized dogs under static conditions demonstrates a respiratory rate measurement error of ≤ 2 breaths per minute （BPM）. The LabVIEW interface enables real-time visualization of respiratory waveforms and BPM values， confirming the feasibility of optical TOF sensing for vital sign monitoring. The hybrid TOF system achieves high-precision static respiratory monitoring in dogs through optical measurement optimization and spatial adaptive strategies， which provides a miniaturized， low-cost bionic optical solution for veterinary medical applications.

关键词

Keywords

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