一種家用癱瘓患者監(jiān)護儀的設計

何毅波

【摘 要】基于單片機與無線技術(shù)設計一種家用癱瘓患者監(jiān)護儀，用于提醒護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)護提供極大的便利，提升患者康復治療質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】癱瘓患者監(jiān)護儀 單片機 無線技術(shù)

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】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，因此在家庭康復治療中對癱瘓患者的監(jiān)護工作一般都是依靠護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)院病房應用。這類監(jiān)護儀成本高昂，功能過于醫(yī)學專業(yè)化，不適用于家庭監(jiān)護應用。有一類家庭使用的心電監(jiān)護系統(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。

針對以上問題，設計一種家用癱瘓患者監(jiān)護儀，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)護提醒功能，適用于癱瘓患者的家庭監(jiān)護。

一、系統(tǒng)總體設計

家用癱瘓患者監(jiān)護儀包括病患端主機、護理員端分機兩大部分。病患端主機與護理員端分機之間通過無線數(shù)據(jù)通信進行連接。病患端主機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。護理員端分機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與一個護理員分機，如果有需要，可在家里不同房間安裝多臺護理員分機。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)絡拓撲為星形連接方式，病患端主機作為中央節(jié)點負責執(zhí)行通信控制策略，每一個護理員端分機只與主機進行通信。無線網(wǎng)絡拓撲示意圖如圖2所示。

二、硬件設計

（一）病患端主機電路設計

主中央控制模塊作為主機的核心，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，當各個信息采集電路被觸發(fā)時發(fā)出護理信號并同時發(fā)出報警信號。主中央控制模塊采用C8051F410單片機設計，這是一款內(nèi)置振蕩電路、ADC、RTC模塊的51內(nèi)核單片機，能夠方便、高效地完成儀器的設計與開發(fā)。實時時鐘用于在預設的監(jiān)護時間到來時發(fā)出警報信號來提醒護理人員為患者進行物理治療、吃藥或翻身。主機電路原理圖如圖3所示。

采用溫濕度傳感器DHT22設計溫濕度監(jiān)測模塊，負責室內(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設計時探頭的兩個管腳呈U形走線，當探頭干燥時兩個管腳處理斷路狀態(tài)，當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行報警，用于提示護理人員，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設計主無線數(shù)據(jù)模塊，只需要占用單片機6個IO口即可完成高速SPI連接；該模塊負責將主中央控制模塊發(fā)出的護理信號通過無線通信的方式發(fā)送至護理員端分機，可以滿足家庭范圍內(nèi)的使用需求。

（二）護理員端分機電路設計

護理員端分機包括副無線數(shù)據(jù)通信模塊、副中央控制模塊、副顯示與報警模塊。該護理員端分機從硬件結(jié)構(gòu)上繼承主機，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理人員。分機同樣采用C8051F410設計控制電路，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的無線護理信號，并將該護理信號輸送至副中央控制模塊，副中央控制模塊根據(jù)護理信號發(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，并將該護理信息并顯示在顯示屏上，用來提醒護理人員及時進行護理。分機電路原理圖如圖4所示。

三、軟件設計

本文設計的控制軟件分為兩大部分：病患端主機程序與護理員端分機程序，主機由事件與時間觸發(fā)發(fā)送數(shù)據(jù)，分機作為數(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)具備可復用的特點，有利于實現(xiàn)、調(diào)試主機與分機之間類似的功能，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)絡的可靠性將是該儀器軟件設計工作的重點，在此基礎(chǔ)上還應該盡量降低護理員端分機的功耗。

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，當接收到數(shù)據(jù)時自動被喚醒。在增強型SchockBurstTM模式下可配置2.400至2.525 GHz的通信頻率與多達125個頻道，收發(fā)雙方必須配置為同樣的頻率與頻道。分機收到數(shù)據(jù)時自動進行CRC校驗，在開啟“自動應答”后，一旦檢驗正確即自動回復應答信號，主機的接收到應答信號后可確認數(shù)據(jù)已被成功接收。

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

該癱瘓患者監(jiān)護儀使用單片機與傳感器開發(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)護中的諸多現(xiàn)實問題：能夠測量并記錄患者心率，護理人員可通過心率的突然變化來判斷是否應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，方便護理人員很好地掌握護理當中繁瑣的時間安排；能夠通過蜂鳴器提醒護理人員患者小便情況；能夠監(jiān)測環(huán)境溫濕度，方便護理人員根據(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)送至護理員端分機，護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)護中護理人員的活動，不需要護理人員時時刻刻都守護在病床旁，就能對監(jiān)護時間進行非常準確的安排和掌握。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)護的工作效率，減少了護理人員很多工作量，提高了家庭監(jiān)護中病患的生活質(zhì)量。

【參考文獻】

[1]曾友燕.老年家庭護理需求與服務內(nèi)容的研究[D].第二軍醫(yī)大學，2007

[2]夏蘭，賈曉冬.基于MSP430和SD卡的心電信號采集系統(tǒng)設計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2015，38（21）

（責編 丁 夢）