底 濤，趙 旭，連翠玲，何 謂

（1.河北醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院，河北 石家莊 050000；2.河北省自動化研究所，河北 石家莊 050081）

引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及醫(yī)療條件的改善，使用者對醫(yī)療護(hù)理器械的需求越來越高。同時，我國人口組成中老年人口的比重逐年上升，已逐漸進(jìn)入老齡化社會，解決因身體虛弱臥床不起或因疾患導(dǎo)致生活不能自理的老年人的照料與看護(hù)是我國面臨的問題。在這個大環(huán)境下，醫(yī)療護(hù)理床便應(yīng)運(yùn)而生。傳統(tǒng)的醫(yī)療護(hù)理床是建立在以醫(yī)護(hù)人員為主操作者的基礎(chǔ)上，不能很好的適應(yīng)被護(hù)理人員的各種需求，因此醫(yī)療護(hù)理床亟需更加智能化、易操作化及舒適化。

本文介紹的醫(yī)療護(hù)理床設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)具有多功能化及智能化的特點(diǎn)，以嵌入式系統(tǒng)作為控制核心，床面按人體頭部、背部、大腿、小腿等分段設(shè)計(jì)，可按需求隨意組建、調(diào)整床面的各段角度，滿足被護(hù)理者舒適度的要求，護(hù)理床上設(shè)計(jì)理療磁墊，可刺激被護(hù)理者血液循環(huán)，提高護(hù)理水平。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

1.1 床體設(shè)計(jì)

該醫(yī)療護(hù)理床根據(jù)被護(hù)理人員的身體條件不同，可按需求進(jìn)行整床上升、下降；靠背抬起、落下；腿部彎曲、伸直；床頭上傾、下傾以及將整床變形成椅子形狀等體位變換。體位變換功能由8個直線電機(jī)帶動相應(yīng)執(zhí)行機(jī)械結(jié)構(gòu)完成，分別對應(yīng)靠背、大腿、小腿、足部、床體前部、床體后部、床面左翻、床面右翻等動作需求，直線電機(jī)采用醫(yī)用直線推桿，根據(jù)各部位受力大小選擇不同動力，由繼電器進(jìn)行伸出／縮回方向控制。床體變換角度由安裝在相應(yīng)位置的角度傳感器控制，該角度按照人體工學(xué)原理設(shè)計(jì)，保證被護(hù)理人員的舒適度。

1.2 嵌入式系統(tǒng)

該醫(yī)療護(hù)理床的控制核心采用嵌入式系統(tǒng)，系統(tǒng)處理器為ARM9，選用其作為控制核心主要有如下理由：

專用性強(qiáng)。ARM9具有比較強(qiáng)的事務(wù)管理功能，以其為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)界面以及應(yīng)用程序，可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的控制功能。

系統(tǒng)精簡。嵌入式系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件沒有明顯分別，其功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)比較精簡，這樣不但利于控制系統(tǒng)成本，而且也利于系統(tǒng)安全。

接口豐富。嵌入式系統(tǒng)具有A／D接口、D／A接口、I RS－232接口、Ethernet接口、USB接口、音頻接口、VGA視頻輸出接口、現(xiàn)場總線、串行外圍設(shè)備接口、紅外線接口等，一般無需再外擴(kuò)接口，且使用方便。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)硬件主要由系統(tǒng)控制核心、液晶顯示終端、兩個操作面板控制單元和外圍控制電路組成。如圖1所示。

該醫(yī)療護(hù)理床的控制核心采用ARM9，操作系統(tǒng)采用WinCE，控制核心的存儲單元采用2G的CF卡，完全能夠滿足多功能護(hù)理床數(shù)據(jù)存儲的需要。液晶顯示終端、外圍控制電路、左側(cè)操作面板、右側(cè)操作面板分別由微控制單元進(jìn)行邏輯控制，各微控制單元負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)不同功能。

控制點(diǎn)位分散是本系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵之一，由于每個微控制單元之間距離較遠(yuǎn)，不能直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，我們采用了在四個微控制單元之間進(jìn)行異步串行通訊，組成簡單集散控制網(wǎng)絡(luò)的方法，成功地解決了這一問題。

圖1 系統(tǒng)硬件組成

合理稱重是系統(tǒng)的另一個技術(shù)關(guān)鍵。我們采用高靈敏度傳感器，保證了稱重系統(tǒng)的精度，解決了在不搬動病人的情況下隨時測量出病人的體重、輸入液量、輸出液量，硬件系統(tǒng)采用靈敏角度傳感器使床體各運(yùn)動部位的運(yùn)動精確自如，達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

為了使醫(yī)療護(hù)理床具有更大的靈活性、和可靠性、易于擴(kuò)展功能和適合今后變化的需要，軟件編制采用模塊化、層次化的程序設(shè)計(jì)，軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

系統(tǒng)軟件包括核心邏輯模塊、液晶屏顯示控制模塊、床體運(yùn)動控制模塊、通訊模塊和外部數(shù)字量、模擬量輸入模塊等，核心邏輯模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的核心邏輯判斷；液晶屏顯示控制模塊主要控制液晶屏顯示床的狀態(tài)、操作模式的切換、病人稱重、床體的一些參數(shù)的設(shè)置等；床體運(yùn)動模塊根據(jù)核心邏輯模塊的判斷結(jié)果實(shí)現(xiàn)床體按照用戶的指令進(jìn)行動作，以及控制相關(guān)的指示燈；通訊模塊負(fù)責(zé)接收單片機(jī)系統(tǒng)發(fā)出的按鍵信息并進(jìn)行正確的解析，并能將核心邏輯模塊的判斷結(jié)果正確編碼后傳遞給單片機(jī)系統(tǒng)；外部數(shù)字量、模擬量輸入模塊負(fù)責(zé)采集角度、重量、電壓的信號和其它一些開關(guān)量的輸入。

圖2 軟件設(shè)計(jì)模塊

4 抗干擾設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)了故障判斷及系統(tǒng)保護(hù)的功能，當(dāng)護(hù)理床在使用不當(dāng)或有機(jī)械卡制的情況下，系統(tǒng)能自動判斷發(fā)生故障的部位并停止該部位的動作，防止對病人和護(hù)理床本身造成進(jìn)一步的損壞。

每個控制單元都使用硬件看門狗防止系統(tǒng)程序發(fā)生死鎖現(xiàn)象。當(dāng)程序發(fā)生死鎖后，系統(tǒng)會自動重新啟動，保證了用戶的安全使用。

5 結(jié)論

本文介紹了基于嵌入式系統(tǒng)的醫(yī)療護(hù)理床的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，性能穩(wěn)定可靠，以精簡的系統(tǒng)、強(qiáng)大的功能實(shí)現(xiàn)了醫(yī)療護(hù)理床的智能化設(shè)計(jì)理念。在醫(yī)療條件越來越發(fā)達(dá)，人民生活水平越來越高的今天，該醫(yī)療護(hù)理床必將會受到廣大受眾的青睞，有著廣闊的應(yīng)用前景。

［1］ 周立功.ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

［2］ 胡紹忠，洪云.多功能護(hù)理床的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與動力學(xué)分析［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2012，12.

［3］ 廖翼.智能護(hù)理床的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢［J］.醫(yī)療裝備，2013，10.