何毅波

【摘 要】基于單片機(jī)與無(wú)線技術(shù)設(shè)計(jì)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(shí)間、吃藥時(shí)間、翻身時(shí)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(wú)線技術(shù)

【中圖分類(lèi)號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2016）06C-0183-02

由于癱瘓患者無(wú)法感知自身身體變化情況，因此在家庭康復(fù)治療中對(duì)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(lái)掌握物理治療時(shí)間、吃藥時(shí)間、防褥瘡翻身時(shí)間、體溫變化，依靠定時(shí)或不定時(shí)地查看患者狀態(tài)來(lái)確定其便溺情況。

目前市場(chǎng)上的便攜式多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀擁有監(jiān)測(cè)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(duì)醫(yī)院病房應(yīng)用。這類(lèi)監(jiān)護(hù)儀成本高昂，功能過(guò)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(lèi)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(jì)等儀器一樣，屬于測(cè)量某一生理參數(shù)的醫(yī)療儀器，這類(lèi)醫(yī)療儀器多用于健康狀態(tài)的檢測(cè)，并不適用于癱瘓患者家庭監(jiān)護(hù)。

針對(duì)以上問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種家用癱瘓患者監(jiān)護(hù)儀，具備心率監(jiān)測(cè)與記錄功能、體溫監(jiān)測(cè)與記錄功能、翻身時(shí)間提醒功能、小便提醒功能、環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)功能、無(wú)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(jì)

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(guò)無(wú)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(cè)模塊、小便報(bào)警模塊、溫濕度監(jiān)測(cè)模塊、主無(wú)線數(shù)據(jù)通信模塊、主顯示與報(bào)警模塊。護(hù)理員端分機(jī)包括副中央控制模塊、副無(wú)線數(shù)據(jù)通信模塊、副顯示模塊。每套儀器至少配備一個(gè)病患端主機(jī)與一個(gè)護(hù)理員分機(jī)，如果有需要，可在家里不同房間安裝多臺(tái)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(wú)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(gè)護(hù)理員端分機(jī)只與主機(jī)進(jìn)行通信。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D如圖2所示。

二、硬件設(shè)計(jì)

（一）病患端主機(jī)電路設(shè)計(jì)

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(cè)模塊、體溫與心率監(jiān)測(cè)模塊、小便監(jiān)測(cè)模塊傳來(lái)的數(shù)據(jù)信息，當(dāng)各個(gè)信息采集電路被觸發(fā)時(shí)發(fā)出護(hù)理信號(hào)并同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。主中央控制模塊采用C8051F410單片機(jī)設(shè)計(jì)，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(jì)與開(kāi)發(fā)。實(shí)時(shí)時(shí)鐘用于在預(yù)設(shè)的監(jiān)護(hù)時(shí)間到來(lái)時(shí)發(fā)出警報(bào)信號(hào)來(lái)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(jì)溫濕度監(jiān)測(cè)模塊，負(fù)責(zé)室內(nèi)溫濕度監(jiān)測(cè)。體溫與心率監(jiān)測(cè)模塊包括溫度傳感器DS18B20探頭與光傳感器OPT101，用于測(cè)量患者的體溫與心率。

小便監(jiān)測(cè)模塊用于檢測(cè)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(jì)時(shí)探頭的兩個(gè)管腳呈U形走線，當(dāng)探頭干燥時(shí)兩個(gè)管腳處理斷路狀態(tài)，當(dāng)探頭沾水時(shí)兩個(gè)管腳接觸水分形成短路；探頭的兩個(gè)管腳通過(guò)電壓比較器與單片機(jī)的輸入端連接。

主顯示與報(bào)警模塊用于顯示各個(gè)監(jiān)測(cè)模塊監(jiān)測(cè)所得的數(shù)據(jù)，在接收到報(bào)警信號(hào)后進(jìn)行報(bào)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(bào)警電路。

采用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊nRF24L01設(shè)計(jì)主無(wú)線數(shù)據(jù)模塊，只需要占用單片機(jī)6個(gè)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(hào)通過(guò)無(wú)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(jì)

護(hù)理員端分機(jī)包括副無(wú)線數(shù)據(jù)通信模塊、副中央控制模塊、副顯示與報(bào)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(cè)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(jì)控制電路，采用nRF24L01完成無(wú)線通信功能，采用12864液晶顯示模組完成顯示功能。

其中副無(wú)線數(shù)據(jù)通信模塊接收到病患端主機(jī)的無(wú)線護(hù)理信號(hào)，并將該護(hù)理信號(hào)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(hào)發(fā)出報(bào)警與顯示命令，副顯示與報(bào)警模塊接收到報(bào)警命令后發(fā)出警報(bào)，并將該護(hù)理信息并顯示在顯示屏上，用來(lái)提醒護(hù)理人員及時(shí)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(jì)

本文設(shè)計(jì)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(shí)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(dòng)接收模式下。使用C語(yǔ)言編寫(xiě)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(shí)現(xiàn)、調(diào)試主機(jī)與分機(jī)之間類(lèi)似的功能，例如無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)、顯示與報(bào)警等功能。保證無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的可靠性將是該儀器軟件設(shè)計(jì)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(cè)，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(shí)自動(dòng)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(gè)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(shí)自動(dòng)進(jìn)行CRC校驗(yàn)，在開(kāi)啟“自動(dòng)應(yīng)答”后，一旦檢驗(yàn)正確即自動(dòng)回復(fù)應(yīng)答信號(hào)，主機(jī)的接收到應(yīng)答信號(hào)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(qǐng)求為主，定時(shí)查詢?yōu)檩o：系統(tǒng)初始化時(shí)主機(jī)主動(dòng)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(shí)，或人工設(shè)置的報(bào)警計(jì)時(shí)器溢出時(shí)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(shí)限內(nèi)沒(méi)有收到應(yīng)答信號(hào)則認(rèn)為通信失敗，主機(jī)啟用自動(dòng)重發(fā)；當(dāng)自動(dòng)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(kāi)發(fā)，成本低廉，工作性能可靠，具有非常高的性價(jià)比。能夠解決癱瘓患者家庭監(jiān)護(hù)中的諸多現(xiàn)實(shí)問(wèn)題：能夠測(cè)量并記錄患者心率，護(hù)理人員可通過(guò)心率的突然變化來(lái)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(cè)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(shí)提醒物理治療時(shí)間、吃藥時(shí)間、翻身時(shí)間，方便護(hù)理人員很好地掌握護(hù)理當(dāng)中繁瑣的時(shí)間安排；能夠通過(guò)蜂鳴器提醒護(hù)理人員患者小便情況；能夠監(jiān)測(cè)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(guò)無(wú)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(dòng)，不需要護(hù)理人員時(shí)時(shí)刻刻都守護(hù)在病床旁，就能對(duì)監(jiān)護(hù)時(shí)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(zhǎng)期不處理導(dǎo)致的皮膚發(fā)炎，避免了臥床姿勢(shì)長(zhǎng)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(mèng)）