一種智能糞便收集護理裝置的設計★

林宗德，陳 文，林新英，李和仙

（閩南理工學院，福建 石獅 362700）

引言

目前市面上沒有較好的處理人體排泄物的糞便護理裝置產(chǎn)品。已開發(fā)的人體排泄處理裝置主要分為兩種類型：一種是依靠人工清理的裝置，它的核心仍是傳統(tǒng)手提便盆、紙尿褲等，患者在使用這種設備時需要有人幫忙護理、擦洗排泄部位；另一種是利用自動控制系統(tǒng)的清理設備，這種設備減少了護理人員的部分工作，但無法讓用戶自己實現(xiàn)完全排泄過程。據(jù)調(diào)查顯示，世界上有多家生產(chǎn)大、小便清理機產(chǎn)品的，但在用戶使用時都需要護理人員幫忙。主要應用領域是對養(yǎng)老院、福利院、家政服務公司和有老人行動不便的家庭[1]。

當下全球人口老年化呈不斷上升趨勢，“十三五”期間，60 歲及以上老年人口年均凈增800 萬左右，到2030 年總量將突破4 億。在這些老年人中，有一大部分人是生活不能自理，需要有人長期照料。另一部分則是由于天災人禍等原因?qū)е铝艘恍┤顺霈F(xiàn)生活不能自理的問題。這一類生活不能自理人群護理的核心問題是大、小便的清理工作，尤其是長期臥床的老年人，大、小便清理工作較麻煩。目前在市面上所銷售的大、小便清理機存在著諸多的不足之處，給患者、家屬及護工帶來了諸多不便[2]。

1 主要研究內(nèi)容

其主要研究內(nèi)容是應用人工智能處理算法，設計一款可以供臥床老人、傷殘人士及其他長期臥床行動不便用戶使用的免脫穿糞便智能處理器。它能夠幫助臥床老人，傷殘人士及其他用戶躺在床上，不用脫褲子，不用護工協(xié)助的情況下，實現(xiàn)大、小便的收集、人體沖洗、烘干等過程，獨立完成大、小便排泄過程，減少護理人員工作壓力，減輕家庭經(jīng)濟壓力，實現(xiàn)人性化的護理服務，提出新的護理理念。系統(tǒng)主要由主機清理器，多功能便褲，連接兩者之間的管道及感應導線三部分組成。具體研究方案有以下幾方面：

1）電源轉(zhuǎn)換模塊：AC220 V 轉(zhuǎn)換DC24 V、DC12 V 和DC5 V。

2）單片機控制模塊：單片機控制電路是整個系統(tǒng)的核心部分，可對系統(tǒng)各個流程進行控制，實現(xiàn)對應功能要求。

3）語音電路模塊：主要作用是實現(xiàn)語音播放，對當前狀態(tài)及下個狀態(tài)進行播報，同時對設備出現(xiàn)的故障發(fā)出相應報警。

4）溫度感應電路：選擇數(shù)字型DS18B20 傳感器作為溫度感應器元件，通過單片機程序?qū)囟冗M行實時監(jiān)視，保證溫度的變化在設定范圍內(nèi)。

5）水箱加熱反饋電路：主要保證水溫在設定范圍35～37.5 ℃。

6）排泄物自動感應模塊：對大小便進行實時監(jiān)測，從而實現(xiàn)自動啟動清理器，實現(xiàn)實時監(jiān)測收集大小便功能。

7）各類執(zhí)行負載：本系統(tǒng)對執(zhí)行負載有氣泵、負壓電機、兩位三通閥、水泵、風扇等配件，對系統(tǒng)給出的信號進行相應處理，實現(xiàn)對功能要求。

8）多功能短褲：多功能短褲是整個清理器的重要組成部分，其組成有污槽、氣條及特殊處理的紡織布料。

2 系統(tǒng)的設計

智能檢測自動處理器系統(tǒng)如下頁圖1 所示，其主要由電源、清理機、多功能短褲三部分組成。接通電源，用戶穿著內(nèi)帶傳感器多功能短褲，通過管道、感應線連接到糞便處理器上，用戶可以通過遙控器選擇自動/手動工作方式，系統(tǒng)將通過管道及感應線啟動清理器完成大、小便收集，對人體排泄部位進行溫水沖洗、熱氣烘干等流程，即完成一次大、小便全過程。系統(tǒng)主要分為三部分來完成，分別是硬件系統(tǒng)設計、軟件系統(tǒng)設計和各類執(zhí)行配件選擇及管道設計。硬件系統(tǒng)設計主要由單片機微處理器電路為核心，還包括各傳感器電路，光耦合器電路、電源轉(zhuǎn)換電路、驅(qū)動電路等其他電路。軟件系統(tǒng)設計是結(jié)合硬件系統(tǒng)設計設置I/O 口，傳感器信號檢測完成控制應用程序的編寫，實現(xiàn)需要完成的指命[3-4]。各類執(zhí)行配件選擇及管道設計是根據(jù)硬件系統(tǒng)需要選擇與之相匹配的各類執(zhí)行配件，同時將各種執(zhí)行配件之間用硅膠管按一定的功能連接起來，通過單片機程序來驅(qū)動各種執(zhí)行負載動作，完成整個系統(tǒng)功能。

圖1 系統(tǒng)整體框圖

3 具體技術(shù)路線

系統(tǒng)控制電路及各類執(zhí)行負載設計由系統(tǒng)控制電路、各類執(zhí)行負載、多功能短褲等組成，如圖2 所示。系統(tǒng)控制電路包括電源轉(zhuǎn)換模塊、單片機系統(tǒng)、語音電路、無線接收模塊、繼電器控制電路、溫度傳感器電路、水箱加熱反饋電路、水箱水位檢測模塊、晶閘管控制電路、排泄物自動感應電路等[5]。各類執(zhí)行負載包括溢流閥、水泵、氣泵、負壓電機及二位三通閥、多功能短褲包括大、小便感應器、氣囊、污槽等。

圖2 系統(tǒng)控制電路及各類執(zhí)行負載模塊

4 人性化設計

多功能短褲是整個清理器的重要組成部分，直接與用戶身體接觸，是收集大小便的重要附件，其組成有污槽、氣條及特殊處理的紡織布料。功能是清理器在工作時，短褲內(nèi)形成兩個空腔，一個小便空腔、另一個是大便空腔，兩空腔可以提供大小便防止沖洗時水漏到空腔外面，保證床鋪干凈。

系統(tǒng)提供自動/手動工作方式，用戶可以通過遙控器選擇自動/手動工作方式，來滿足自己的排便需求，系統(tǒng)待機狀態(tài)默認處于自動工作模式，系統(tǒng)通過感應大、小便來啟動清理器，將通過管道及感應線啟動清理器完成大、小便收集，對人體排泄部位進行溫水沖洗、熱氣烘干等流程，即完成一次大、小便全過程。

5 結(jié)語

該系統(tǒng)智能處理大、小便清理器可供臥床老人、傷殘人士及其他長期臥床行動不便用戶使用。它能夠幫助臥床老人、傷殘人士及其他用戶躺在床上，穿多功能褲子，不用護工協(xié)助的情況下，獨立完成大、小便排泄過程，解決了倫理尷尬的現(xiàn)象，維護了用戶的尊嚴，減少了護理人員工作壓力，減輕了家庭經(jīng)濟壓力，實現(xiàn)了人性化的護理服務，提出了新的護理理念，促進了智能養(yǎng)老的發(fā)展，顯現(xiàn)出廣闊的市場前景。