何毅波

【摘 要】基于單片機(jī)與無線技術(shù)設(shè)計一種家用癱瘓患者監(jiān)護(hù)儀，用于提醒護(hù)理員患者的物理治療時間、吃藥時間、翻身時間、體溫變化、心率情況、便溺情況以及室內(nèi)溫濕度情況，為癱瘓患者的家庭監(jiān)護(hù)提供極大的便利，提升患者康復(fù)治療質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】癱瘓患者監(jiān)護(hù)儀 單片機(jī) 無線技術(shù)

【中圖分類號】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2016）06C-0183-02

由于癱瘓患者無法感知自身身體變化情況，因此在家庭康復(fù)治療中對癱瘓患者的監(jiān)護(hù)工作一般都是依靠護(hù)理人員的記憶或記錄來掌握物理治療時間、吃藥時間、防褥瘡翻身時間、體溫變化，依靠定時或不定時地查看患者狀態(tài)來確定其便溺情況。

目前市場上的便攜式多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀擁有監(jiān)測血壓、血氧飽和度、心電圖、體溫、脈搏、呼吸等生理參數(shù)的功能，針對醫(yī)院病房應(yīng)用。這類監(jiān)護(hù)儀成本高昂，功能過于醫(yī)學(xué)專業(yè)化，不適用于家庭監(jiān)護(hù)應(yīng)用。有一類家庭使用的心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，屬于心電圖儀的范疇，這與家用型血壓儀、電子體溫計等儀器一樣，屬于測量某一生理參數(shù)的醫(yī)療儀器，這類醫(yī)療儀器多用于健康狀態(tài)的檢測，并不適用于癱瘓患者家庭監(jiān)護(hù)。

針對以上問題，設(shè)計一種家用癱瘓患者監(jiān)護(hù)儀，具備心率監(jiān)測與記錄功能、體溫監(jiān)測與記錄功能、翻身時間提醒功能、小便提醒功能、環(huán)境溫濕度監(jiān)測功能、無線監(jiān)護(hù)提醒功能，適用于癱瘓患者的家庭監(jiān)護(hù)。

一、系統(tǒng)總體設(shè)計

家用癱瘓患者監(jiān)護(hù)儀包括病患端主機(jī)、護(hù)理員端分機(jī)兩大部分。病患端主機(jī)與護(hù)理員端分機(jī)之間通過無線數(shù)據(jù)通信進(jìn)行連接。病患端主機(jī)包括主中央控制模塊、體溫與心率監(jiān)測模塊、小便報警模塊、溫濕度監(jiān)測模塊、主無線數(shù)據(jù)通信模塊、主顯示與報警模塊。護(hù)理員端分機(jī)包括副中央控制模塊、副無線數(shù)據(jù)通信模塊、副顯示模塊。每套儀器至少配備一個病患端主機(jī)與一個護(hù)理員分機(jī)，如果有需要，可在家里不同房間安裝多臺護(hù)理員分機(jī)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

系統(tǒng)采用的無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇樾切芜B接方式，病患端主機(jī)作為中央節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)執(zhí)行通信控制策略，每一個護(hù)理員端分機(jī)只與主機(jī)進(jìn)行通信。無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D如圖2所示。

二、硬件設(shè)計

（一）病患端主機(jī)電路設(shè)計

主中央控制模塊作為主機(jī)的核心，接收并處理、保存溫濕度監(jiān)測模塊、體溫與心率監(jiān)測模塊、小便監(jiān)測模塊傳來的數(shù)據(jù)信息，當(dāng)各個信息采集電路被觸發(fā)時發(fā)出護(hù)理信號并同時發(fā)出報警信號。主中央控制模塊采用C8051F410單片機(jī)設(shè)計，這是一款內(nèi)置振蕩電路、ADC、RTC模塊的51內(nèi)核單片機(jī)，能夠方便、高效地完成儀器的設(shè)計與開發(fā)。實時時鐘用于在預(yù)設(shè)的監(jiān)護(hù)時間到來時發(fā)出警報信號來提醒護(hù)理人員為患者進(jìn)行物理治療、吃藥或翻身。主機(jī)電路原理圖如圖3所示。

采用溫濕度傳感器DHT22設(shè)計溫濕度監(jiān)測模塊，負(fù)責(zé)室內(nèi)溫濕度監(jiān)測。體溫與心率監(jiān)測模塊包括溫度傳感器DS18B20探頭與光傳感器OPT101，用于測量患者的體溫與心率。

小便監(jiān)測模塊用于檢測患者是否小便，該模塊包括自制探頭（TP）、電壓比較器LM339。在PCB設(shè)計時探頭的兩個管腳呈U形走線，當(dāng)探頭干燥時兩個管腳處理斷路狀態(tài)，當(dāng)探頭沾水時兩個管腳接觸水分形成短路；探頭的兩個管腳通過電壓比較器與單片機(jī)的輸入端連接。

主顯示與報警模塊用于顯示各個監(jiān)測模塊監(jiān)測所得的數(shù)據(jù)，在接收到報警信號后進(jìn)行報警，用于提示護(hù)理人員，該模塊包括12864液晶顯示模組和聲光報警電路。

采用無線數(shù)據(jù)傳輸模塊nRF24L01設(shè)計主無線數(shù)據(jù)模塊，只需要占用單片機(jī)6個IO口即可完成高速SPI連接；該模塊負(fù)責(zé)將主中央控制模塊發(fā)出的護(hù)理信號通過無線通信的方式發(fā)送至護(hù)理員端分機(jī)，可以滿足家庭范圍內(nèi)的使用需求。

（二）護(hù)理員端分機(jī)電路設(shè)計

護(hù)理員端分機(jī)包括副無線數(shù)據(jù)通信模塊、副中央控制模塊、副顯示與報警模塊。該護(hù)理員端分機(jī)從硬件結(jié)構(gòu)上繼承主機(jī)，裁剪了相關(guān)的傳感監(jiān)測模塊，作用是接收信息與指令并提示護(hù)理人員。分機(jī)同樣采用C8051F410設(shè)計控制電路，采用nRF24L01完成無線通信功能，采用12864液晶顯示模組完成顯示功能。

其中副無線數(shù)據(jù)通信模塊接收到病患端主機(jī)的無線護(hù)理信號，并將該護(hù)理信號輸送至副中央控制模塊，副中央控制模塊根據(jù)護(hù)理信號發(fā)出報警與顯示命令，副顯示與報警模塊接收到報警命令后發(fā)出警報，并將該護(hù)理信息并顯示在顯示屏上，用來提醒護(hù)理人員及時進(jìn)行護(hù)理。分機(jī)電路原理圖如圖4所示。

三、軟件設(shè)計

本文設(shè)計的控制軟件分為兩大部分：病患端主機(jī)程序與護(hù)理員端分機(jī)程序，主機(jī)由事件與時間觸發(fā)發(fā)送數(shù)據(jù)，分機(jī)作為數(shù)據(jù)的接收方一直處于被動接收模式下。使用C語言編寫源程序，采用功能模塊化編程思想，模塊化的函數(shù)具備可復(fù)用的特點(diǎn)，有利于實現(xiàn)、調(diào)試主機(jī)與分機(jī)之間類似的功能，例如無線數(shù)據(jù)收發(fā)、顯示與報警等功能。保證無線網(wǎng)絡(luò)的可靠性將是該儀器軟件設(shè)計工作的重點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上還應(yīng)該盡量降低護(hù)理員端分機(jī)的功耗。

根據(jù)nRF24L01數(shù)據(jù)手冊，該器件支持睡眠模式用以節(jié)省功耗，當(dāng)接收到數(shù)據(jù)時自動被喚醒。在增強(qiáng)型SchockBurstTM模式下可配置2.400至2.525 GHz的通信頻率與多達(dá)125個頻道，收發(fā)雙方必須配置為同樣的頻率與頻道。分機(jī)收到數(shù)據(jù)時自動進(jìn)行CRC校驗，在開啟“自動應(yīng)答”后，一旦檢驗正確即自動回復(fù)應(yīng)答信號，主機(jī)的接收到應(yīng)答信號后可確認(rèn)數(shù)據(jù)已被成功接收。

利用以上特性，家用癱瘓患者監(jiān)護(hù)儀的工作機(jī)制以應(yīng)急請求為主，定時查詢?yōu)檩o：系統(tǒng)初始化時主機(jī)主動查詢分機(jī)是否已聯(lián)網(wǎng)，若與分機(jī)聯(lián)網(wǎng)成果則進(jìn)入睡眠模式；當(dāng)緊急事件發(fā)生時，或人工設(shè)置的報警計時器溢出時主機(jī)退出睡眠模式并將相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送給分機(jī)；若時限內(nèi)沒有收到應(yīng)答信號則認(rèn)為通信失敗，主機(jī)啟用自動重發(fā)；當(dāng)自動重發(fā)達(dá)到次數(shù)上限后重新查詢分機(jī)聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)。軟件流程圖如圖5所示。

該癱瘓患者監(jiān)護(hù)儀使用單片機(jī)與傳感器開發(fā)，成本低廉，工作性能可靠，具有非常高的性價比。能夠解決癱瘓患者家庭監(jiān)護(hù)中的諸多現(xiàn)實問題：能夠測量并記錄患者心率，護(hù)理人員可通過心率的突然變化來判斷是否應(yīng)檢查患者的大便情況與其他突發(fā)狀況；能夠測量并記錄患者體溫變化情況，方便護(hù)理人員掌握患者的基本健康情況；可以定時提醒物理治療時間、吃藥時間、翻身時間，方便護(hù)理人員很好地掌握護(hù)理當(dāng)中繁瑣的時間安排；能夠通過蜂鳴器提醒護(hù)理人員患者小便情況；能夠監(jiān)測環(huán)境溫濕度，方便護(hù)理人員根據(jù)具體情況調(diào)節(jié)環(huán)境。

該儀器能夠通過無線通信方式將患者信息發(fā)送至護(hù)理員端分機(jī)，護(hù)理人員不用一直守在病患身邊，即可了解病患情況。方便了家庭監(jiān)護(hù)中護(hù)理人員的活動，不需要護(hù)理人員時時刻刻都守護(hù)在病床旁，就能對監(jiān)護(hù)時間進(jìn)行非常準(zhǔn)確的安排和掌握。在很大程度上保證了癱瘓患者本身的健康狀況，避免了患者小便長期不處理導(dǎo)致的皮膚發(fā)炎，避免了臥床姿勢長期不換的褥瘡；也很好地提高癱瘓患者家庭監(jiān)護(hù)的工作效率，減少了護(hù)理人員很多工作量，提高了家庭監(jiān)護(hù)中病患的生活質(zhì)量。

【參考文獻(xiàn)】

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（責(zé)編 丁 夢）