基于嵌入式系统的医疗护理床设计与实现

2014-05-08连翠玲

河北省科学院学报 2014年3期

底涛，赵旭，连翠玲，何谓

（1.河北医科大学第二附属医院，河北石家庄 050000；2.河北省自动化研究所，河北石家庄 050081）

引言

随着我国经济的快速发展以及医疗条件的改善，使用者对医疗护理器械的需求越来越高。同时，我国人口组成中老年人口的比重逐年上升，已逐渐进入老龄化社会，解决因身体虚弱卧床不起或因疾患导致生活不能自理的老年人的照料与看护是我国面临的问题。在这个大环境下，医疗护理床便应运而生。传统的医疗护理床是建立在以医护人员为主操作者的基础上，不能很好的适应被护理人员的各种需求，因此医疗护理床亟需更加智能化、易操作化及舒适化。

本文介绍的医疗护理床设计与实现具有多功能化及智能化的特点，以嵌入式系统作为控制核心，床面按人体头部、背部、大腿、小腿等分段设计，可按需求随意组建、调整床面的各段角度，满足被护理者舒适度的要求，护理床上设计理疗磁垫，可刺激被护理者血液循环，提高护理水平。

1 系统整体设计

1.1 床体设计

该医疗护理床根据被护理人员的身体条件不同，可按需求进行整床上升、下降；靠背抬起、落下；腿部弯曲、伸直；床头上倾、下倾以及将整床变形成椅子形状等体位变换。体位变换功能由8个直线电机带动相应执行机械结构完成，分别对应靠背、大腿、小腿、足部、床体前部、床体后部、床面左翻、床面右翻等动作需求，直线电机采用医用直线推杆，根据各部位受力大小选择不同动力，由继电器进行伸出／缩回方向控制。床体变换角度由安装在相应位置的角度传感器控制，该角度按照人体工学原理设计，保证被护理人员的舒适度。

1.2 嵌入式系统

该医疗护理床的控制核心采用嵌入式系统，系统处理器为ARM9，选用其作为控制核心主要有如下理由：

专用性强。ARM9具有比较强的事务管理功能，以其为基础设计界面以及应用程序，可以实现强大的控制功能。

系统精简。嵌入式系统的系统软件和应用软件没有明显分别，其功能设计及实现比较精简，这样不但利于控制系统成本，而且也利于系统安全。

接口丰富。嵌入式系统具有A／D接口、D／A接口、I RS－232接口、Ethernet接口、USB接口、音频接口、VGA视频输出接口、现场总线、串行外围设备接口、红外线接口等，一般无需再外扩接口，且使用方便。

2 系统硬件设计

本系统硬件主要由系统控制核心、液晶显示终端、两个操作面板控制单元和外围控制电路组成。如图1所示。

该医疗护理床的控制核心采用ARM9，操作系统采用WinCE，控制核心的存储单元采用2G的CF卡，完全能够满足多功能护理床数据存储的需要。液晶显示终端、外围控制电路、左侧操作面板、右侧操作面板分别由微控制单元进行逻辑控制，各微控制单元负责实现不同功能。

控制点位分散是本系统的技术关键之一，由于每个微控制单元之间距离较远，不能直接进行数据交换，我们采用了在四个微控制单元之间进行异步串行通讯，组成简单集散控制网络的方法，成功地解决了这一问题。

图1 系统硬件组成

合理称重是系统的另一个技术关键。我们采用高灵敏度传感器，保证了称重系统的精度，解决了在不搬动病人的情况下随时测量出病人的体重、输入液量、输出液量，硬件系统采用灵敏角度传感器使床体各运动部位的运动精确自如，达到了设计的要求。

3 系统软件设计

为了使医疗护理床具有更大的灵活性、和可靠性、易于扩展功能和适合今后变化的需要，软件编制采用模块化、层次化的程序设计，软件结构如图2所示。

系统软件包括核心逻辑模块、液晶屏显示控制模块、床体运动控制模块、通讯模块和外部数字量、模拟量输入模块等，核心逻辑模块实现系统的核心逻辑判断；液晶屏显示控制模块主要控制液晶屏显示床的状态、操作模式的切换、病人称重、床体的一些参数的设置等；床体运动模块根据核心逻辑模块的判断结果实现床体按照用户的指令进行动作，以及控制相关的指示灯；通讯模块负责接收单片机系统发出的按键信息并进行正确的解析，并能将核心逻辑模块的判断结果正确编码后传递给单片机系统；外部数字量、模拟量输入模块负责采集角度、重量、电压的信号和其它一些开关量的输入。