CN109358536A - 一种多功能护理床的远程可视化控制系统 - Google Patents

Abstract

一种多功能护理床的远程可视化控制系统，包括：护理床视频数据采集模块：用于根据床体平板电脑边上的摄像头进行视频信息的采集；网络通信模块；主控制板模块；护理床体模块：包括床体和电机模块，用于执行主控制板模块的相应指令；手机控制终端模块：用于进行远程指令的下发、视频信息的接收、以及指令传输记录保存。该系统支持在智能移动设备端，将远程监控和远程控制结合在一起，实现对患者进行视频监控下的远程指令可视化护理功能，同时还具备护理记录保存和上传服务器功能，极大地扩展了护理床的应用范围，在保证安全、及时的护理前提下减少了护理人员的工作时间，提高了护理人员的工作效率。

Description

一种多功能护理床的远程可视化控制系统

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，具体涉及一种多功能护理床的远程可视化控制系统。

背景技术

随着经济的快速发展和医学的巨大进步，人们的寿命在不断延长，与此同时建国后第一次婴儿潮出生的人也逐渐步入老龄，从而使得因衰老，疾病，伤残而失去生活能力的卧床人口迅速地增加。这对家庭，社会和政府来说无疑是一个沉重的负担。同时卧床老人的起坐、翻身都要麻烦子女，上厕所还要他们帮忙，躺在床上排便困难等问题亟待解决。因此，迫切地需要一款设备来帮忙照顾这类人群。然而市面上现有护理床大多功能单一、结构简单，起到的护理作用相当有限。同时这种护理床需要人员长期陪伴在身边，仍有较大的局限性，限制了护理床的使用。

现有市售护理床绝大部分不能实现远程控制功能，因此监护人员只能在床边通过手动摇杆或者接线控制器进行控制。这种护理床需要人员长期陪伴在身边，仍有较大的局限性，限制了护理床的使用。还有一小部分市售护理床可以实现远程指令控制，但是无法在指令控制界面观察到被护理人员身体姿态和当前护理床的工作状态，只能通过第三方软件：例如QQ视频等功能来进行远程视频观察，同样在约束了用户使用的同时，限制了护理床的发展。

为了进一步解放护理人员，实现家庭人员远程护理的目标，发明了多功能护理床的远程可视化控制系统。该系统支持在智能移动设备端，将远程监控和远程控制结合在一起，实现对患者进行视频监控下的远程指令可视化护理功能，同时还具备护理记录保存和上传服务器功能，极大地扩展了护理床的应用范围，在保证安全、及时的护理前提下减少了护理人员的工作时间，提高了护理人员的工作效率。

发明内容

为了克服现有技术的上述问题，本发明的目的是针对现有护理床不能实现远程护理的局限性，提供了一种多功能护理床远程可视化监控系统，可通过远程视频观察和控制，方便远程照顾家里的卧床病患。

为了实现上述任务，本发明专利采用了以下技术方案：

所述远程监护系统硬件包括主控制板，电机驱动板，多功能护理床，网络，智能手机，平板电脑。所述多功能护理床为市售通用多功能护理床；其中平板为具有摄像头功能的Android内核平板；手机为带有摄像头功能的Android手机；其中平板电脑主要安置在床边，和床体主控板通过蓝牙连接，将用户通过平板输入的指令或者接收到的远程手机端指令下发到主控板，主控板控制床体进行相应的动作。对于驱动板，我们通过硬件电路的4个电机和8个行程开关实现床体的控制工作。床体控制软件系统通过控制每个电机的H桥电路的导通情况来实现直流电机的正转反转功能，并且通过行程开关来保证床体能够到达指定的位置。同样为了实现远程控制护理床，设计了具有串口通讯功能的控制主板来接收数字控制信号，控制主板采用单片机为微控制器，同时微控制器可将BLE接收到的指令通过串口进行接收，发送到电机驱动器。

用c语言编写，完成床体动作控制、护理模式调节、与上位机实时通信、语音识别、异常事件报警等功能；在客户端部分，我们用Java语言编写了Android软件。在该软件中，设计出了单独的控制台界面，在该界面可以完成一系列的床体动作控制和护理模式调节。同时还可以在联系人列表界面选择特定的联系人开启远程视频请求，当建立稳定的视频流传输后，在该视频界面弹出虚拟指令按键，可以控制选定端的护理床执行操作，即将远程监控和远程控制结合在一起；同时在底部导航栏中我们同样可以选择消息保存界面，在该界面下我们可以查看和不同护理终端的指令传输记录，同时还可以重新建立远程连接请求。

所述的远程监护系统还包括Web服务器端，主要建立起远程控制终端和护理终端的数据传输、数据存储，在保证数据传输稳定性的同时，还允许客户端登录服务器进行历史指令下发记录查询。同时还在服务器端建立和远程监护人机交互界面，在该界面下可以进行护理床的设备管理、报警信息查询、数据分析、设备状态和配置信息等管理，用户可以通过远程手机终端访问Web服务器查看实时视频监控状况，远程操作床板的左右翻指令、起背，落背指令、抬落腿指令和便盆开关指令等机械运动和清洗、烘干等护理指令。

本发明的有益效果为：

本发明的基于多功能护理床的远程监护系统采用可视化远程控制，以多功能护理床为基点，采用辅助视频信息，实现对监护卧床者进行远程康复护理的功能。护理者可以对监护系统的Web端进行远程访问，从而实现对患者的基本远程护理服务。使得多功能护理床更好地服务失能和半失能病人、残疾人、老人等卧床者，同时也解脱了子女和护理者的劳动。所述远程监护系统运用互联网远程可视化控制技术，提供一套随时随地可以观看和控制卧床病人的床，实现了床边服务扩充到空间的延伸，在提高人们生活水平的同时，也减轻了家人、护理人员劳动强度。

1）在远程监护系统的硬件方面有如下效果：建立起远程视频连接后，可以在视频聊天界面通过虚拟按键下发指令，远程控制护理床：

通过下发左、右翻身的指令，一号步进电机带动两根光轴运动，光轴的运动通过动力装置带动一号床板和三号床板旋转运动，实现左右翻身的操作。

通过下发起背指令，二号步进电机带动两根液压支架运动，通过液压支架的起落，带动二号床板起落，实现起背操作。

通过下发抬腿、落腿指令，三号步进电机带动两根光轴运动，光轴的运动通过动力装置带动四号板和五号板运动，同时四号版和五号板之间通过折页连接，实现人体膝关节正常弯曲。

通过下发便盆开、关指令，四号步进电机带动两根连杆运动，连杆通过带动便盆的左右滑动实现便盆的开关和坐垫的转换。

通过下发清洗，冲洗，烘干等指令，加热器和压力装置会进行水温控制和清洗便后马桶和冲洗排便部位。

2）在远程监护系统的软件部分，实现了远程监控和远程控制于一体。护理床软件控制部分控制流程图如图3所示。在控制系统的软件部分，我们实现了床体运动的两大模式：强模式和弱模式，实现了护理过程的四个过程：烘干、清洗、冲洗、停止。通过我们下发指令，护理床实现我们预定的动作。在远程控制终端软件中，通过注册账号并登录，即可进入控制台界面。如果我们在护理床附近，可直接连接BLE进行控制护理床的姿态和工作模式；相反的话，我们可以在联系人界面选择和护理床已经绑定的平板，请求建立视频连接，同时弹出虚拟按键，通过按键，我们即可控制视频中的护理床。同时，该条控制指令会保存在消息列表中，方便我们查看。

3）在远程监控系统中的Web服务器端，保证了远程视频传输的清晰度和稳定度。同时将测量数据保存在本地数据库中。在Web端页面中，我们可以直接在电脑上查看设备信息。

附图说明

图1为本发明系统的总体结构组成图；

图2 为客户端软件流程图；

图3 床体控制端系统流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述，但是本发明不局限于以下实施例。

参照图1，本技术搭建的多功能护理床的远程可视化控制系统，实现了在建立远程视频连接的情况下进行护理床的强弱模式控制、护理指令操作的下发和床体运动的远程控制。同时建立联系人列表进行联系人的添加和删除，当选择某个绑定的联系人后即可实现直接的远程控制。该系统同样可以将远程操作记录保存到消息列表中便于回看。采用该远程可视化控制系统，家人利用手机终端接入互联网即可观察到病人的当前情况，为照顾家庭病患者提供了一种可行的系统方法。该系统整体结构框架如图1所示，遵从上述技术方案，一种基于多功能护理床的远程监护系统，包括具有视频通讯功能的多功能护理床、云服务器以及远程控制终端：

组成包括护理床视频数据采集模块：主要根据床体平板电脑边上的摄像头进行视频信息的采集；网络通信模块：主要有网络和服务器端组成，网络为我们平常使用的WIFI或者3G/4G上网方式，服务器是为进行视频存储转发而单独搭建，可以保证视频传输的质量和速度；主控制板模块：主要有BLE设备、串口、微控制器组成。BLE设备负责和手机蓝牙进行数据的传输。串口负责BLE设备和微控制器之间的通信；微控制器为床体控制的大脑，控制床体按照设定的指令执行预定动作；护理床体模块主要有床体和电机模块组成，执行上面的相应动作；手机控制终端模块：主要进行远程指令的下发、视频信息的接收、指令传输记录保存。

系统的视频数据采集模块，视频由每秒24帧的画面组成。在进行传输时，先将图片进行压缩成H.261格式，有效降低了传输的带宽，如果采用更高的压缩视频方式，如：MPEG-1，可以将传输速率降低到200kbps。但H.261格式已经满足传输速率要求，因此采用该图像压缩格式。

系统的网络通信模块，必须保证平板电脑接入无线网络，以便于传输视频信息和控制指令信息。同时在服务器端，采用了p2p通信协议。对于每一个客户端都有一个相对对立的逻辑组，承担用户需要服务器支持的大多数逻辑，比如：远程指令的转发和用户登录的确认。同时，对于每一个客户端还提供好友在线状态查询，用户详细信息查询的接口。为了实现p2p，还要打通两个客户端之间的UDP通信通道。而在数据库中，存储这用户的个人信息和指令传输记录。

系统主控制板模块的微控制器采用STM32F103芯片作为中央处理器，为了方便系统调试，添加两组按键进行程序运行控制，同时添加6mm外径蜂鸣器进行功能提醒和故障报警。其中BLE模块采用cc2540，该芯片具有传输功耗低和传输数据稳定的特点。

系统的护理床体模块中的床体为市售简易护理床，电机驱动控制电路采用双向H桥控制电机，采用继电器常开与常闭特性所组成的H桥原理进行驱动与控制，在驱动端采用光电隔离与达林顿管驱动的方式进行继电器驱动，所有功能都是通过采用绍兴市捷顺电机生产的24V直流电机电动推杆实现运动的。

系统的手机终端控制模块为安装在手机上的APP系统，在该平台上可以通过按钮进行控制指令的下发和远程视频的请求，同时在视频界面可以通过虚拟按键进行下发指令，实现了可视化的远程控制。所有的指令下发记录都保存在消息列表中。同时还可以进行账号的切换和绑定，建立群组实现聊天功能。

所述远程控制终端可以通过输入水温和风温下传到护理床，控制清洗模式下水温和风温；还用于与多功能护理床通讯连接，从而使得远程控制终端用户能够与位于多功能护理床上的卧床者视频通讯；还可根据用户选择按钮下发的调节模式选择指令进入强工作模式或者弱工作模式，在弱模式下，清洗、冲洗、烘干等指令执行的时间比较短；在强工作模式下，清洗、冲洗、烘干等指令执行的时间比较长。

所述的控制主板包括下列内容，为了实现远程可视化控制护理床，设计了具有串口通讯功能的控制主板来接收BLE模块传输过来的数字控制信号；控制主板采用STM32单片机为微控制器，同时外围由继电器模块、电源管理模块、控制总线组成，微控制器可将BLE模块接收到的指令按照协商好的通信协议进行控制判定，识别动作指令，然后通过相应的继电器，控制指定的电机执行护理床姿态调整和清理模式的调整。而主控器中的继电器模组，其中每一个继电器就相当于一个开关，当收到控制器的控制指令时，继电器就会从常开状态变成常闭状态，实现按键功能；该控制主板能够适用于大部分电动护理床的控制。微控制器的工作电压为+5V，直流电源供电，同时护理床采用220V家用交流电源供电。

在客户端中，分为三个页面，包括控制台页面，联系人界面和消息记录保存界面。同时还具有加号下的隐藏界面。在控制台界面，我们可以通过不同的按键向护理床下发指令，进行相应的动作；在联系人界面，保存着我们添加过得联系人，我们可以选择对应的联系人进行视频聊天；在消息记录保存界面，保存着我们和不同的用户进行视频的时长和指令的下发记录。当我们点击加号下的隐藏界面，我们可以查看申请通知、添加好友、退出当前登录账号等操作。极大地扩展占了软件的实际应用性。

我们可以在通讯录中选择联系人，通过分配的ID号，为该客户创建一个通信线程；该线程首先向服务器进行用户是否在线查询，如果不在线，会返回无法视频的通知，如果对方用户在线，则会在对方客户端弹出视频请求界面，用户可以选择拒绝视频请求和接收视频请求。当选择拒绝视频请求时，可将拒绝指令通过服务器反馈给进行视频请求的客户端；当选择接收视频请求时，就会和请求者建立视频连接，同时弹出远程控制指令界面，利用SurfaceView显示远程摄像头采集的视频。在该页面下，可在远程视频中通过按钮进行远程化护理床姿态调整和便盆清理的模式的控制。当我们护理结束，结束远程视频通话的同时，同时关闭远程控制线程结束此次护理。

所述的护理床终端和服务器之间的通信协议采用TCP/IP协议。TCP/IP协议，即传输控制协议/因特网互联协议，是一种可靠地传输协议，三次握手。同时TCP/IP协议不依赖与任何特定的计算机硬件或操作系统，也不依赖于特定的网络传输硬件，开放性好。

所述多功能护理床用于根据卧床者的请求与远程智能控制终端视频通讯，还用于根据服务器或远程控制终端的指令调节自身姿态。

本方案中实现数据接收的是BLE低功耗模块，通过平板蓝牙连接护理床的BLE低功耗模块，可实现数据传输，将平板指令下发到护理床控制系统，实现对应的指令操作。

为了满足更远距离和高质量的无线通信要求，护理系统可通过其接入的WIFI/4G网络将数据和视频信息发送到家人使用的手机，此系统可独立运行，不依托于任何平台。

所述的护理床可进行护理床指令的存储和视频的转发，实现视频流的稳定传输，保证了视频通话质量。

在服务器端，采用REST平台，该平台是一种轻量级的Web Service架构风格，完全通过HTTP协议实现，还可以利用缓存Cache来提高响应速度、性能、效率和易用性都优于SOAP协议。

同时REST架构遵循了CRUD原则，该原则对于资源只需要创建、读取、更新、删除四种行为就可以完成对其操作和处理。同时对资源的操作包括获取、创建、修改和删除资源的操作正好对应HTTP协议提供的GET、POST、PUT、和DELECT方法，该操作对应于客户端联系人的修改和消息记录的保存。

同时，服务器端口通过REST服务方式提供，REST API基于最简单的HTTP协议。RESTClient 调用REST API的程序端，调用方式主要采用编程语言HTTP请求访问实现。该实质就是发送HTTP请求，可以采用GET和POST方式，在REST中，把这四种操作称之为动词，可以想象成增删改查。

同时该REST API 都是基于JSON格式，如表1所示，故在HTTP请求时，需要在HTTPHEADER中指明。

表1

Header_name	Header_value	Description
			Accept	application/json	客户端返回给客户端的数据类型
Content-Type	Application/json	客户端发送到服务器端的数据类型

Claims (8)

1.一种多功能护理床的远程可视化控制系统，其特征在于，由包括以下模块的系统组成：

护理床视频数据采集模块：用于根据床体边上的平板电脑摄像头进行视频信息的采集，摄像头图像数据采用VFW软件包的方式，该软件包包含了开发视频应用程序所需的一系列接口函数；

摄像头采集到的RGB数据需要通过RGB转YUV的相关算法的处理得到YUV420数据；

网络通信模块：包括网络和服务器端，网络采用WIFI或者3G/4G上网方式，服务器是为进行视频存储转发而单独搭建，用于保证视频传输的质量和速度；

主控制板模块：包括BLE设备、串口、微控制器；BLE设备用于负责和手机蓝牙进行数据的传输；串口用于负责BLE设备和微控制器之间的通信；微控制器用于控制床体按照设定的指令执行预定动作；

护理床体模块：包括床体和电机模块，用于执行主控制板模块的相应指令；

手机控制终端模块：用于进行远程指令的下发、视频信息的接收、以及指令传输记录保存。

2.根据权利要求1所述的一种多功能护理床的远程可视化控制系统，其特征在于，智能手机通过无线网络连接服务器，服务器通过无线网络连接平板电脑，平板电脑分别连接摄像头及其BLE、以及BLE设备，BLE设备通过串口连接微控制器，微控制器连接电机驱动模块，电机驱动模块驱动护理床及电机装置。

3.根据权利要求1所述的一种多功能护理床的远程可视化控制系统，其特征在于，所述系统的视频数据采集模块进行数据采集的方法包括以下步骤：

令视频采用每秒24帧的画面；

在进行传输时，先将图片进行压缩成H.261格式，有效降低传输的带宽；

若H.261格式已经满足传输速率要求，则采用该图像压缩格式；

若采用更高的压缩视频方式，将传输速率降低到200kbps。

4.根据权利要求1所述的一种多功能护理床的远程可视化控制系统，其特征在于，所述系统的网络通信模块进行网络通信的方法包括以下步骤：

保证平板电脑接入无线网络，用于传输视频信息和控制指令信息；

在服务器端采用p2p通信协议；

对于每一个客户端都设置一个相对独立的逻辑组，承担用户需要服务器支持的大多数逻辑；

对于每一个客户端都提供好友在线状态查询和用户详细信息查询的接口；

打通两个客户端之间的UDP通信通道；

在数据库中存储用户的个人信息和指令传输记录。

5.根据权利要求1所述的一种多功能护理床的远程可视化控制系统，其特征在于，所述系统主控制板模块的微控制器采用STM32F103芯片作为中央处理器；添加两组按键进行程序运行控制；添加6mm外径蜂鸣器进行功能提醒和故障报警；BLE模块采用cc2540。

6.根据权利要求1所述的一种多功能护理床的远程可视化控制系统，其特征在于，所述系统的护理床体模块中的床体为市售简易护理床；电机驱动控制电路采用双向H桥控制电机；采用继电器常开与常闭特性所组成的H桥原理进行驱动与控制；在驱动端采用光电隔离与达林顿管驱动的方式进行继电器驱动。

7.根据权利要求1所述的一种多功能护理床的远程可视化控制系统，其特征在于，所述系统的手机终端控制模块实现手机控制的方法包括以下步骤：

在用户的手机上安装APP系统；

所述APP系统可以通过按钮进行控制指令的下发和远程视频的请求，且可以通过虚拟按键进行下发指令，实现了可视化的远程控制；

所有的指令下发记录都保存在消息列表中；

允许用户进行账号的切换和绑定；

允许用户建立群组实现聊天功能。

8.根据权利要求1所述的一种多功能护理床的远程可视化控制系统，其特征在于，在服务器端采用Web Service架构，完全通过HTTP协议实现，同时遵循CRUD原则，对于资源只需要创建、读取、更新、删除四种行为就可以完成对其操作和处理。