SmartWristband: Arduino MKR GSM 1400 & Hologram IoT für Patientenmonitoring

Komponenten und Materialien

Bauteil	Menge
Arduino MKR GSM 1400	1
LTE-Antenne	1
Hologram Global IoT SIM-Karte	1
DFRobot Herzfrequenz-Sensor	1
IR-Temperatursensor	1
3,7V LiPo-Akku	1

Benötigte Werkzeuge

• Lötkolben

Apps und Online-Dienste

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

Projektübersicht

Projekt-Überblick

Während der Pandemie entstand die Idee, Patienten mit milden Symptomen zu Hause zu überwachen statt Krankenhäuser zu überfüllen. Die Gesundheit dieser Patienten kann sich stundenweise verschlechtern.

SmartWristband ist ein Armband, das Vitalwerte (Herzfrequenz, Temperatur) und Geolocation überwacht. Daten werden live und sicher an die Klinik gestreamt. Das Gerät warnt, wenn der Patient das Haus verlässt oder das Armband ablegt.

Funktionsweise

• Datenerfassung: Alle 5 Minuten (Herzfrequenz, Temperatur, GPS, Akku, Trageerkennung)
• Übertragung: Via GSM (Hologram SIM) an Azure IoT Hub
• Backend: Stream Analytics → Cosmos DB → Power BI Dashboards
• Machine Learning: Vorhersage von Temperatur/Herzfrequenz-Trends
• Arzt-Dashboard: Übersicht aller Patienten, Alarme per E-Mail bei Abweichungen
• Patienten-Dashboard: Mobile & Desktop-Ansicht eigener Werte (ohne Prognose/Standort)

Hardware-Details

Prototyp für Tragekomfort optimiert. Sensoren berühren die Haut. Herzfrequenz-Sensor erkennt, ob das Gerät getragen wird (spezifisches Signalmuster bei Hautkontakt).

Akkulaufzeit

8 Tage bei 5-Minuten-Intervall. Bei 10-Minuten-Intervall verdoppelt sich die Laufzeit. Restlaufzeit wird in Dashboards angezeigt.

Kosten

Einmalig ~70 € pro Gerät (inkl. Gehäuse). Laufend: 5 €/2 Wochen pro Gerät (Hologram) + 30 €/2 Wochen Backend (unabhängig von Geräteanzahl). 100 Geräte ≈ 7.035 €. Wiederverwendbar. Skalierbar durch Mengenrabatte.

Vorteile

• Patienten bleiben zu Hause – Entlastung der Kliniken
• Kontinuierliches Vitalmonitoring ohne Klinikaufenthalt
• 24/7 Alarmierung des medizinischen Personals
• Komfortabel für Patienten
• ML-basierte Gesundheitsprognose
• Patienten-Selbstüberwachung via App
• Kosteneffizient & skalierbar

Implementierungsschritte (Kurzfassung)

1. Komponenten beschaffen & Dienste einrichten (Azure, Hologram, Power BI)
2. MKR GSM für Azure IoT konfigurieren (Zertifikat erzeugen, SHA1 speichern)
3. Hardware verdrahten (Temperatursensor → A4, Herzfrequenz → A5, SIM einlegen)
4. IoT Hub & Device in Azure anlegen (Thumbprints = SHA1)
5. Cosmos DB Datenbank erstellen
6. Stream Analytics Job: IoT Hub → Cosmos DB (SQL-Query im Repo)
7. Bibliotheken installieren (MKRGSM, RTCZero, BearSSL, ECCX08, MQTT, LowPower, DFRobot Heartrate)
8. Variablen in secrets.h setzen (Broker, DeviceID, DEVICE_ID, MODE)
9. Developer-Version flashen (MODE=DEVELOP_TIME, 10s Intervall, Serial-Debug)
10. Release-Version flashen (MODE=RELEASE_TIME, 5min Intervall, batteriebetrieben)
11. Power BI Dashboards erstellen (Arzt: Übersicht + Detail + Alarme; Patient: Mobile/Desktop)
12. Gehäuse bauen (3D-Druck ideal, Prototyp aus Acryl)

Code & Ressourcen

• GitHub Repository: SmartWristband
• Schaltplan: schematics_HcrW1SiwfW.fzz

Reflexion

Das Projekt entstand im März 2020 als Beitrag zur Pandemiebekämpfung. Inspiriert von Taiwans Tracking-System, erweitert um Vitalmonitoring. Größte Herausforderung: Zertifikats-Ablaufdatum (versehentlich 2 Min. gesetzt). Das Dashboard-Design machte am meisten Spaß. Die Lösung ist global einsetzbar, open source und kostengünstig.