陳容紅，鄭發(fā)躍

（北京電子科技職業(yè)學(xué)院自動(dòng)化工程學(xué)院，北京 100176）

健康體檢機(jī)器人應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)與實(shí)現(xiàn)

陳容紅，鄭發(fā)躍

（北京電子科技職業(yè)學(xué)院自動(dòng)化工程學(xué)院，北京 100176）

介紹了用ARM單片機(jī)NUC140設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的健康體檢機(jī)器人控制系統(tǒng)，給出了設(shè)計(jì)流程和實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)。健康體檢機(jī)器人能夠?qū)ι砀?、體重、血壓、血糖、心電圖、運(yùn)動(dòng)能耗、血氧飽和度等人體生物醫(yī)學(xué)信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量和記錄，為健康體檢機(jī)器人的進(jìn)一步研究打下了基礎(chǔ)。

健康體檢機(jī)器人；應(yīng)用軟件；軟件開(kāi)發(fā)

醫(yī)用機(jī)器人是機(jī)器人技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、數(shù)字圖像處理技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等的結(jié)合，可以輔助外科手術(shù)、康復(fù)醫(yī)療、健康體檢和醫(yī)院服務(wù)等功能。從20世紀(jì)90年代起，國(guó)際先進(jìn)機(jī)器人計(jì)劃（IARP）已召開(kāi)過(guò)多屆醫(yī)用機(jī)器人研討會(huì)。醫(yī)用機(jī)器人技術(shù)是一個(gè)新興的、多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域，對(duì)它的研究不僅能促進(jìn)傳統(tǒng)醫(yī)療技術(shù)的變革，而且也會(huì)對(duì)這些相關(guān)技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生積極的推動(dòng)作用，具有重要的臨床意義［1］。

健康體檢機(jī)器人的主要功能是運(yùn)用電子學(xué)技術(shù)來(lái)檢測(cè)、放大、處理、顯示、記錄人體各生物醫(yī)學(xué)信號(hào)，如身高、體重、血壓、血糖、心電圖、運(yùn)動(dòng)能耗、血氧飽和度等。本文介紹以32位內(nèi)嵌式ARM單片機(jī)NuMicro NUC140為控制核心研制的健康體檢機(jī)器人，主要討論機(jī)器人控制系統(tǒng)以及軟件的設(shè)計(jì)。

1 機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

健康體檢機(jī)器人由ARM主控板、身份識(shí)別模塊、身高測(cè)量模塊、體重測(cè)量模塊、心電圖測(cè)量模塊、血氧濃度測(cè)量模塊、能耗測(cè)量模塊等組成［2－3］。以ARM單片機(jī)NuMicro NUC140設(shè)計(jì)的主控制板是控制核心，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

RFID模塊用于身份識(shí)別，由RFID電子標(biāo)簽和RFID讀卡器兩部分組成。RFID電子標(biāo)簽就是體檢人員的ID卡，內(nèi)置集成電路智能卡芯片和天線。RFID讀卡器用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)RFID電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)和存儲(chǔ)，由控制單元、通信智能模塊和天線組成［4－6］。

身高模塊的主要部分是超聲波傳感器，它包含超聲波的產(chǎn)生和接收裝置，用來(lái)進(jìn)行身高測(cè)量和顯示。

體重模塊利用力傳感器完成。

心電圖模塊用來(lái)進(jìn)行心電圖的測(cè)量，通過(guò)對(duì)心肌收縮時(shí)釋放的生物電信號(hào)進(jìn)行采集、處理和顯示。

血氧飽和度是指人體血液中氧合血紅蛋白占全血的百分?jǐn)?shù)。該模塊將傳感器夾在手指尖部，指蓋側(cè)為發(fā)光器件，指肚側(cè)為接收器件，利用氧合血紅蛋白和非氧合血紅蛋白對(duì)不同波長(zhǎng)入射光有不同的吸收率的特性，把透過(guò)血液的光變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再通過(guò)數(shù)據(jù)處理后進(jìn)行數(shù)值顯示。

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

運(yùn)動(dòng)能耗模塊采用三軸加速度技術(shù)監(jiān)測(cè)人體運(yùn)動(dòng)能量消耗。

2 系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，首先要判斷健康體檢裝置是否存在，然后進(jìn)行系統(tǒng)連接，接著讀取體檢人員的ID卡，進(jìn)行身份識(shí)別。身份識(shí)別程序流程見(jiàn)圖2。

圖2 身份識(shí)別程序流程圖

健康體檢機(jī)器人對(duì)體檢人進(jìn)行身份識(shí)別后，進(jìn)入其歷史資料的查詢(xún)，并顯示出該體檢人在健康體檢機(jī)器人中存儲(chǔ)過(guò)的歷史資料。歷史資料查詢(xún)程序流程圖如圖3所示。

圖3 歷史資料查詢(xún)程序流程圖

健康體檢機(jī)器人進(jìn)行當(dāng)前體檢檢測(cè)，如測(cè)量身高、體重、測(cè)心電圖、測(cè)血氧量和運(yùn)動(dòng)能耗等，體檢流程如圖4所示。

圖4 體檢程序流程圖

體重檢測(cè)模塊工作流程如下：（1）開(kāi)啟外部CLOCK信號(hào)；（2）判斷裝置是否存在，如果存在，則開(kāi)啟VLDO端口；（3）測(cè)量體重并顯示結(jié)果。體重測(cè)量模塊工作流程如圖5所示。

圖5 體重測(cè)量模塊程序流程圖

健康體檢機(jī)器人部分模塊實(shí)物如圖6—圖9所示。

圖6 ARM主控板

圖7 RFID身份識(shí)別模塊

圖8 體重測(cè)量模塊

圖9 心電圖模塊

3 結(jié)束語(yǔ)

本課題對(duì)健康體檢機(jī)器人進(jìn)行了開(kāi)發(fā)，用ARM單片機(jī)NuMicro NUC140設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了健康體檢機(jī)器人控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)人體生物醫(yī)學(xué)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量、放大、處理、顯示、記錄等。

該機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)巧妙、易于加工制造的特點(diǎn)；控制系統(tǒng)采用ARM單片機(jī)，成本低，有利于產(chǎn)品化。為健康體檢機(jī)器人的進(jìn)一步研究打下了基礎(chǔ)。

（References）

［1］張紅霞．醫(yī)用機(jī)器人的研究與發(fā)展［J］．電子世界，2013（2）：72－73．

［2］顏慶，張立勛，楊勇，等．下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］．應(yīng)用科技，2004（11）：1－3．

［3］張立勛，顏慶，楊勇，等．下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人AVR單片機(jī)控制系統(tǒng)［J］．機(jī)械與電子，2004（10）：52－55．

［4］黃俊祥．基于MFRC522的RFID讀卡器模塊設(shè)計(jì)［J］．微型機(jī)與應(yīng)用，2010，29（22）：16－18．

［5］杜豐，韓博，楊潔，等．基于SQL Server Mobile與RFID的身份認(rèn)證設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］．實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011，28（5）：260－261．

［6］黃敦華，李勇，陳容紅．醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用與發(fā)展研究［J］．機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，2014，27（3）：6－8．

Development and realization of application software of healthy physical examination robot

Chen Ronghong，Zheng Fayue
（College of Automation Engineering，Beijing Polytechnic，Beijing 100176，China）

The control system and the software design are introduced in detail with ARM monolithic integrated circuit NUC140VE3CN．The experimental prototype picture and the experimental obtained data are given．The prototype has basically realized the accurate survey of the human body height，the body weight，the blood pressure，the blood sugar，the electrocardiogram，the movement energy consumption，and the blood oxygen degree of saturation，which has laid the foundation for researching the healthy physical examination robot further．

healthy physical examination robot；application software；development of software

TP242．3

A

1002－4956（2015）3－0161－03

2014－09－14

北京市“科研基地—機(jī)電一體化系統(tǒng)控制工程科技創(chuàng)新平臺(tái)二期—健康體檢機(jī)器人系統(tǒng)研制項(xiàng)目”（PXM2010＿014306＿109864）資助

陳容紅（1979—），女，湖北京山，碩士，講師，主要從事工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、模式識(shí)別的教學(xué)與研究工作．