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【摘 要】基于单片机与无线技术设计一种家用瘫痪患者监护仪，用于提醒护理员患者的物理治疗时间、吃药时间、翻身时间、体温变化、心率情况、便溺情况以及室内温湿度情况，为瘫痪患者的家庭监护提供极大的便利，提升患者康复治疗质量。
【关键词】瘫痪患者监护仪 单片机 无线技术
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2016）06C-0183-02
由于瘫痪患者无法感知自身身体变化情况，因此在家庭康复治疗中对瘫痪患者的监护工作一般都是依靠护理人员的记忆或记录来掌握物理治疗时间、吃药时间、防褥疮翻身时间、体温变化，依靠定时或不定时地查看患者状态来确定其便溺情况。
目前市场上的便携式多参数监护仪拥有监测血压、血氧饱和度、心电图、体温、脉搏、呼吸等生理参数的功能，针对医院病房应用。这类监护仪成本高昂，功能过于医学专业化，不适用于家庭监护应用。有一类家庭使用的心电监护系统，属于心电图仪的范畴，这与家用型血压仪、电子体温计等仪器一样，属于测量某一生理参数的医疗仪器，这类医疗仪器多用于健康状态的检测，并不适用于瘫痪患者家庭监护。
针对以上问题，设计一种家用瘫痪患者监护仪，具备心率监测与记录功能、体温监测与记录功能、翻身时间提醒功能、小便提醒功能、环境温湿度监测功能、无线监护提醒功能，适用于瘫痪患者的家庭监护。
一、系统总体设计
家用瘫痪患者监护仪包括病患端主机、护理员端分机两大部分。病患端主机与护理员端分机之间通过无线数据通信进行连接。病患端主机包括主中央控制模块、体温与心率监测模块、小便报警模块、温湿度监测模块、主无线数据通信模块、主显示与报警模块。护理员端分机包括副中央控制模块、副无线数据通信模块、副显示模块。每套仪器至少配备一个病患端主机与一个护理员分机，如果有需要，可在家里不同房间安装多台护理员分机。系统总体结构框图如图1所示。
系统采用的无线网络拓扑为星形连接方式，病患端主机作为中央节点负责执行通信控制策略，每一个护理员端分机只与主机进行通信。无线网络拓扑示意图如图2所示。
二、硬件设计
（一）病患端主机电路设计
主中央控制模块作为主机的核心，接收并处理、保存温湿度监测模块、体温与心率监测模块、小便监测模块传来的数据信息，当各个信息采集电路被触发时发出护理信号并同时发出报警信号。主中央控制模块采用C8051F410单片机设计，这是一款内置振荡电路、ADC、RTC模块的51内核单片机，能够方便、高效地完成仪器的设计与开发。实时时钟用于在预设的监护时间到来时发出警报信号来提醒护理人员为患者进行物理治疗、吃药或翻身。主机电路原理图如图3所示。
采用温湿度传感器DHT22设计温湿度监测模块，负责室内温湿度监测。体温与心率监测模块包括温度传感器DS18B20探头与光传感器OPT101，用于测量患者的体温与心率。
小便监测模块用于检测患者是否小便，该模块包括自制探头（TP）、电压比较器LM339。在PCB设计时探头的两个管脚呈U形走线，当探头干燥时两个管脚处理断路状态，当探头沾水时两个管脚接触水分形成短路；探头的两个管脚通过电压比较器与单片机的输入端连接。
主显示与报警模块用于显示各个监测模块监测所得的数据，在接收到报警信号后进行报警，用于提示护理人员，该模块包括12864液晶显示模组和声光报警电路。
采用无线数据传输模块nRF24L01设计主无线数据模块，只需要占用单片机6个IO口即可完成高速SPI连接；该模块负责将主中央控制模块发出的护理信号通过无线通信的方式发送至护理员端分机，可以满足家庭范围内的使用需求。
（二）护理员端分机电路设计
护理员端分机包括副无线数据通信模块、副中央控制模块、副显示与报警模块。该护理员端分机从硬件结构上继承主机，裁剪了相关的传感监测模块，作用是接收信息与指令并提示护理人员。分机同样采用C8051F410设计控制电路，采用nRF24L01完成无线通信功能，采用12864液晶显示模组完成显示功能。
其中副无线数据通信模块接收到病患端主机的无线护理信号，并将该护理信号输送至副中央控制模块，副中央控制模块根据护理信号发出报警与显示命令，副显示与报警模块接收到报警命令后发出警报，并将该护理信息并显示在显示屏上，用来提醒护理人员及时进行护理。分机电路原理图如图4所示。
三、软件设计
本文设计的控制软件分为两大部分：病患端主机程序与护理员端分机程序，主机由事件与时间触发发送数据，分机作为数据的接收方一直处于被动接收模式下。使用C语言编写源程序，采用功能模块化编程思想，模块化的函数具备可复用的特点，有利于实现、调试主机与分机之间类似的功能，例如无线数据收发、显示与报警等功能。保证无线网络的可靠性将是该仪器软件设计工作的重点，在此基础上还应该尽量降低护理员端分机的功耗。
根据nRF24L01数据手册，该器件支持睡眠模式用以节省功耗，当接收到数据时自动被唤醒。在增强型SchockBurstTM模式下可配置2.400至2.525 GHz的通信频率与多达125个频道，收发双方必须配置为同样的频率与频道。分机收到数据时自动进行CRC校验，在开启“自动应答”后，一旦检验正确即自动回复应答信号，主机的接收到应答信号后可确认数据已被成功接收。
利用以上特性，家用瘫痪患者监护仪的工作机制以应急请求为主，定时查询为辅：系统初始化时主机主动查询分机是否已联网，若与分机联网成果则进入睡眠模式；当紧急事件发生时，或人工设置的报警计时器溢出时主机退出睡眠模式并将相关数据发送给分机；若时限内没有收到应答信号则认为通信失败，主机启用自动重发；当自动重发达到次数上限后重新查询分机联网状态。软件流程图如图5所示。
该瘫痪患者监护仪使用单片机与传感器开发，成本低廉，工作性能可靠，具有非常高的性价比。能够解决瘫痪患者家庭监护中的诸多现实问题：能够测量并记录患者心率，护理人员可通过心率的突然变化来判断是否应检查患者的大便情况与其他突发状况；能够测量并记录患者体温变化情况，方便护理人员掌握患者的基本健康情况；可以定时提醒物理治疗时间、吃药时间、翻身时间，方便护理人员很好地掌握护理当中繁琐的时间安排；能够通过蜂鸣器提醒护理人员患者小便情况；能够监测环境温湿度，方便护理人员根据具体情况调节环境。
该仪器能够通过无线通信方式将患者信息发送至护理员端分机，护理人员不用一直守在病患身边，即可了解病患情况。方便了家庭监护中护理人员的活动，不需要护理人员时时刻刻都守护在病床旁，就能对监护时间进行非常准确的安排和掌握。在很大程度上保证了瘫痪患者本身的健康状况，避免了患者小便长期不处理导致的皮肤发炎，避免了卧床姿势长期不换的褥疮；也很好地提高瘫痪患者家庭监护的工作效率，减少了护理人员很多工作量，提高了家庭监护中病患的生活质量。
【参考文献】
[1]曾友燕.老年家庭护理需求与服务内容的研究[D].第二军医大学，2007
[2]夏兰，贾晓冬.基于MSP430和SD卡的心电信号采集系统设计[J].现代电子技术，2015，38（21）
（责编 丁 梦）
【关键词】瘫痪患者监护仪 单片机 无线技术
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2016）06C-0183-02
由于瘫痪患者无法感知自身身体变化情况，因此在家庭康复治疗中对瘫痪患者的监护工作一般都是依靠护理人员的记忆或记录来掌握物理治疗时间、吃药时间、防褥疮翻身时间、体温变化，依靠定时或不定时地查看患者状态来确定其便溺情况。
目前市场上的便携式多参数监护仪拥有监测血压、血氧饱和度、心电图、体温、脉搏、呼吸等生理参数的功能，针对医院病房应用。这类监护仪成本高昂，功能过于医学专业化，不适用于家庭监护应用。有一类家庭使用的心电监护系统，属于心电图仪的范畴，这与家用型血压仪、电子体温计等仪器一样，属于测量某一生理参数的医疗仪器，这类医疗仪器多用于健康状态的检测，并不适用于瘫痪患者家庭监护。
针对以上问题，设计一种家用瘫痪患者监护仪，具备心率监测与记录功能、体温监测与记录功能、翻身时间提醒功能、小便提醒功能、环境温湿度监测功能、无线监护提醒功能，适用于瘫痪患者的家庭监护。
一、系统总体设计
家用瘫痪患者监护仪包括病患端主机、护理员端分机两大部分。病患端主机与护理员端分机之间通过无线数据通信进行连接。病患端主机包括主中央控制模块、体温与心率监测模块、小便报警模块、温湿度监测模块、主无线数据通信模块、主显示与报警模块。护理员端分机包括副中央控制模块、副无线数据通信模块、副显示模块。每套仪器至少配备一个病患端主机与一个护理员分机，如果有需要，可在家里不同房间安装多台护理员分机。系统总体结构框图如图1所示。
系统采用的无线网络拓扑为星形连接方式，病患端主机作为中央节点负责执行通信控制策略，每一个护理员端分机只与主机进行通信。无线网络拓扑示意图如图2所示。
二、硬件设计
（一）病患端主机电路设计
主中央控制模块作为主机的核心，接收并处理、保存温湿度监测模块、体温与心率监测模块、小便监测模块传来的数据信息，当各个信息采集电路被触发时发出护理信号并同时发出报警信号。主中央控制模块采用C8051F410单片机设计，这是一款内置振荡电路、ADC、RTC模块的51内核单片机，能够方便、高效地完成仪器的设计与开发。实时时钟用于在预设的监护时间到来时发出警报信号来提醒护理人员为患者进行物理治疗、吃药或翻身。主机电路原理图如图3所示。
采用温湿度传感器DHT22设计温湿度监测模块，负责室内温湿度监测。体温与心率监测模块包括温度传感器DS18B20探头与光传感器OPT101，用于测量患者的体温与心率。
小便监测模块用于检测患者是否小便，该模块包括自制探头（TP）、电压比较器LM339。在PCB设计时探头的两个管脚呈U形走线，当探头干燥时两个管脚处理断路状态，当探头沾水时两个管脚接触水分形成短路；探头的两个管脚通过电压比较器与单片机的输入端连接。
主显示与报警模块用于显示各个监测模块监测所得的数据，在接收到报警信号后进行报警，用于提示护理人员，该模块包括12864液晶显示模组和声光报警电路。
采用无线数据传输模块nRF24L01设计主无线数据模块，只需要占用单片机6个IO口即可完成高速SPI连接；该模块负责将主中央控制模块发出的护理信号通过无线通信的方式发送至护理员端分机，可以满足家庭范围内的使用需求。
（二）护理员端分机电路设计
护理员端分机包括副无线数据通信模块、副中央控制模块、副显示与报警模块。该护理员端分机从硬件结构上继承主机，裁剪了相关的传感监测模块，作用是接收信息与指令并提示护理人员。分机同样采用C8051F410设计控制电路，采用nRF24L01完成无线通信功能，采用12864液晶显示模组完成显示功能。
其中副无线数据通信模块接收到病患端主机的无线护理信号，并将该护理信号输送至副中央控制模块，副中央控制模块根据护理信号发出报警与显示命令，副显示与报警模块接收到报警命令后发出警报，并将该护理信息并显示在显示屏上，用来提醒护理人员及时进行护理。分机电路原理图如图4所示。
三、软件设计
本文设计的控制软件分为两大部分：病患端主机程序与护理员端分机程序，主机由事件与时间触发发送数据，分机作为数据的接收方一直处于被动接收模式下。使用C语言编写源程序，采用功能模块化编程思想，模块化的函数具备可复用的特点，有利于实现、调试主机与分机之间类似的功能，例如无线数据收发、显示与报警等功能。保证无线网络的可靠性将是该仪器软件设计工作的重点，在此基础上还应该尽量降低护理员端分机的功耗。
根据nRF24L01数据手册，该器件支持睡眠模式用以节省功耗，当接收到数据时自动被唤醒。在增强型SchockBurstTM模式下可配置2.400至2.525 GHz的通信频率与多达125个频道，收发双方必须配置为同样的频率与频道。分机收到数据时自动进行CRC校验，在开启“自动应答”后，一旦检验正确即自动回复应答信号，主机的接收到应答信号后可确认数据已被成功接收。
利用以上特性，家用瘫痪患者监护仪的工作机制以应急请求为主，定时查询为辅：系统初始化时主机主动查询分机是否已联网，若与分机联网成果则进入睡眠模式；当紧急事件发生时，或人工设置的报警计时器溢出时主机退出睡眠模式并将相关数据发送给分机；若时限内没有收到应答信号则认为通信失败，主机启用自动重发；当自动重发达到次数上限后重新查询分机联网状态。软件流程图如图5所示。
该瘫痪患者监护仪使用单片机与传感器开发，成本低廉，工作性能可靠，具有非常高的性价比。能够解决瘫痪患者家庭监护中的诸多现实问题：能够测量并记录患者心率，护理人员可通过心率的突然变化来判断是否应检查患者的大便情况与其他突发状况；能够测量并记录患者体温变化情况，方便护理人员掌握患者的基本健康情况；可以定时提醒物理治疗时间、吃药时间、翻身时间，方便护理人员很好地掌握护理当中繁琐的时间安排；能够通过蜂鸣器提醒护理人员患者小便情况；能够监测环境温湿度，方便护理人员根据具体情况调节环境。
该仪器能够通过无线通信方式将患者信息发送至护理员端分机，护理人员不用一直守在病患身边，即可了解病患情况。方便了家庭监护中护理人员的活动，不需要护理人员时时刻刻都守护在病床旁，就能对监护时间进行非常准确的安排和掌握。在很大程度上保证了瘫痪患者本身的健康状况，避免了患者小便长期不处理导致的皮肤发炎，避免了卧床姿势长期不换的褥疮；也很好地提高瘫痪患者家庭监护的工作效率，减少了护理人员很多工作量，提高了家庭监护中病患的生活质量。
【参考文献】
[1]曾友燕.老年家庭护理需求与服务内容的研究[D].第二军医大学，2007
[2]夏兰，贾晓冬.基于MSP430和SD卡的心电信号采集系统设计[J].现代电子技术，2015，38（21）
（责编 丁 梦）