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王学龙:基于物联网+技术的智能护理床功能模块理论方兴未艾

时间:2019-01-11 15:51 点击:
王学龙:基于物联网+技术的智能护理床功能模块理论方兴未艾

中国科技网讯(记者 马爱平)随着社会老龄化的到来,开发同时适合医院、养老院、居家等使用的智能多功能护理床具有广泛的应用前景。基于此,王学龙设计了一款基于物联网+技术智能护理床。

王学龙:基于物联网+技术的智能护理床功能模块理论方兴未艾

 

王学龙(左)受邀出席2018年日本东京国际福祉机器展

环美(天津)医疗器械有限公司执行董事兼总经理王学龙设计研发了新型的基于物联网+技术的智能护理床与传统电动护理床不同,医护人员不仅可以通过移动智能终端远程控制智能护理床完成精准的机械动作,还可以查询老人的体重信息,实现了护理与检测的智能化。该设计采用STM32F103作为中央处理器,分为基于三折结构的护理床模块、基于数据处理的中央控制模块、基于体重检测的体重秤模块、基于系统供电的电源模块和基于用户操作的上位机模块。

王学龙创造性地采用闭合控制模式,极大地提高了床体控制的准确度。实验表明,智能护理床系统驱动床板误差率小于2%,具有较高的准确性和稳定性。该智能护理床系统主要由护理床模块、中央控制模块、体重秤模块、电源模块和上位机模块组成。系统的工作流程为:电源模块为整个系统提供工作电源;STM32处理器通过串口采集体重秤模块处理好的体重信息,然后通过蓝牙模块发送给平板电脑终端显示;平板电脑终端通过蓝牙模块发送指定格式的通信指令给STM32处理器,STM32处理器接收指令后控制相应的IO口高低电平状态驱动电机驱动电路,从而使得24 V直流电动推杆运动。上述流程实现床板的各种体态调整。

王学龙介绍,蓝牙模块实现了平板电脑终端与下位机模块STM32F103之间的数据通信,系统选用HC-06蓝牙串口模块,其供电电压为3.1~6.5 V,出厂默认串口波特率为9 600 Bound,8位数据位,1位校验位,通过AT指令一次性设置串口波特率、蓝牙名称、配对码等参数。

电机驱动电路实现了将STM32F103控制器的输出电压信号放大到可以驱动24 V直流电动推杆的功能。电路设计整个电路分为两个部分,左侧为信号放大电路,实现控制信号的电压放大,右侧为MOS管H桥驱动电路,实现对电机的驱动。其中,IN1和IN2端是放大电路的输入端,该输入端和STM32F103控制器的IO接口连接;Q1、Q2、Q3、Q4是组成H桥驱动电路的MOS管;M1、M2端分别连接电机的电压正负端。电机驱动电路工作过程如下:STM32F103处理器IO接口的输入电压信号经三极管放大后,控制MOS管Q1、Q2、Q3、Q4的通断,进而控制M1和M2接口的电平值,实现电机的三种工作状态,分别为电机停转、正转、反转状态。

电源模块用来为智能护理床系统各个模块供电。该模块包括开关电源电路和24 V稳压电源。在系统电路设计中电机驱动电路采用了24 V供电,其余电路均采用了5V供电,开关电源电路采用开关电源集成芯片LM2596-5.0,LM2596-5.0为固定输出型开关电源芯片,最大输入电压为40 V,可带动3 A负载,输出电压为5 V±4%,开关频率为150 Hz。在电路设计中,输入端两个并联电容C8、C9起到消除高频干扰,减小纹波的作用;输出端电感L1和电容C10、C11构成滤波回路;4号引脚为反馈电压引脚,通过与内部基准电压比较后控制调整管的通断;D1为续流二极管,当内部调整管关闭时,为L1提供放电回路。该电路能够实现+24 V电源到+5 V电源的转换。

护理床模块是智能护理床的处理终端。整个床体的床板由背板、臀板、大腿板和小腿板4块板组成,背板和腿板可以在24 V直流电动推杆的支撑下移动。

体重秤模块用于检测老人的离床在床状态。在体重秤模块的设计中,由于压力传感器输出信号仅为m V/V级别,所以需经过信号放大电路将输出信号放大到V/V级别,再由单片机采集。体重秤模块包括Arduino单片机、信号放大电路和压力传感器。其中,信号放大电路采用HX711模块。HX711模块通过A-和A+引脚采集压力传感器的差分电信号,然后将采集到的差分电信号经过内部放大处理。单片机通过连接HX711模块DT数据引脚和SCK时钟引脚对处理好的体重数据进行采集,并通过串口传递给中央控制模块处理。

据悉,王学龙设计的这款基于物联网+技术的新型智能护理床,以STM32F103为处理器,内部功能模块非常丰富,在用户体验方面,选择平板电脑终端作为用户操作界面,操作非常便利。在闭环控制模式的支撑下,医护人员可以准确、稳定地控制护理床的各种体态。王学龙设计的智能护理床不仅降低了研发成本,而且方便了医护人员对病人的照顾。更重要的是,北京赛车微信群,该智能护理床的设计搭载了强大的中央处理器,运用了国内首创的闭合控制模式,完全基于最前沿的物联网技术来实现护理床的智能化、自动化和网络化。

据了解,2015年王学龙创办淇鑫智能科技有限公司,将企业的研发重点转移到智能家庭床及全系列智能家居用品的研发与制造上,联合中科院博士团队研发出多款更符合人体工程学的智能电动床,并研发了智能家居生态系统Smart Sleep,王学龙专注护理床的科学理论研究并致力于理论的实践运用,他在物联网与家用智能护理床、人工智能、智能卧室系统、人体工程学与护理床设计、智能家居床与睡眠改进等方面的研究引起了极大的反响及好评。王学龙自2017年3月任职天津市高新技术企业协会国际联络部主任、天津市知识产权保护协会常务秘书长以来,积极为协会安排并参与数十场学术会议和学术研讨会,多次在学术会议上做主题报告并宣读研究论文。他的理论研究成果在医疗器械行业、智能家居行业引起强烈反响。

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