CN113506428B - 一种分布式压疮智能监护系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种分布式压疮智能监护系统，包括主机、从机和服务器，从机的数量为多个，从机均通信连接主机，主机还通信连接服务器；从机包括电阻式矩阵压力采集垫和数据处理模块，从机的电阻式矩阵压力采集垫分别分布在床板上的不同区域，数据处理模块分别连接电阻式矩阵压力采集垫和主机，数据处理模块用于对电阻式矩阵压力采集垫的电压信号进行数据处理，转换为压力数据后，传输至主机；主机接收各个从机的压力数据；服务器分别对各个从机的压力数据进行压疮监护，计算人体组织的持续压迫时间，若该持续压迫时间达到预设的报警时间阈值，则进行压疮报警。与现有技术相比，本发明具有适用于大面积覆盖、数据采集效率高、报警准确性高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及智能护理床领域，尤其是涉及一种分布式压疮智能监护系统。
背景技术
压疮是临床上常见的恶性疾病，常发生于长久卧床并且不能自主翻身的患者和一些重症患者，因为压疮的多发性、严重性以及治疗过程的艰难，我们应把重点放在预防和监护。在我国临床护理工作中，对压疮翻身时间的判断仍采用医护人员记录的方式，这样不但会大大加重的监护人员的工作量，也增加了病人的患病可能。临床上，长期不换体位，受压迫的部位最易产生压疮，由于局部压力过大导致血液循环收到阻碍，组织缺氧，导致局部皮肤坏死最终形成压疮。对于患有压疮的患者来说，这是一种严重伤害，它不仅会引起疼痛、感染，甚至可能导致患者过早死亡。
现有病人预防压疮的方法有：
(1)人工护理：这是目前最常见的方法，一名护理人员照顾多名患者，每隔一段时间帮患者翻身，改变患者身体受压部位，实现压疮预防。这种方法工作强度大、效率低，尤其是一名护工护理多名患者时，时常顾此失彼，忘记及时帮患者翻身，导致压疮发生；
(2)多功能护理床：即床板由多块独立板块组成，通过手动或电动方式控制不同独立板块的运动，可以实现起背、曲腿、抬腿、翻身、平躺等功能，通过护理人员操作，可以实现一定的预防压疮功能，实际上还是第一类人工护理方法，医院的病床大多是这种多功能床。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在工作强度大、效率低的缺陷以及受限于目前制造工艺单片柔性薄膜压力采集垫无法做成大面积的问题而提供一种分布式压疮智能监护系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种压疮智能监护系统，包括主机、从机和服务器，所述从机的数量为多个，多个所述从机均通信连接所述主机，所述主机还通信连接所述服务器；
所述从机包括电阻式矩阵压力采集垫和数据处理模块，多个所述从机的电阻式矩阵压力采集垫分别分布在床板上的不同区域，所述数据处理模块分别连接所述电阻式矩阵压力采集垫和主机，所述数据处理模块用于对所述电阻式矩阵压力采集垫的电压信号进行数据处理，转换为压力数据后，传输至所述主机；
所述主机接收各个从机的压力数据，并上传至所述服务器；
所述服务器分别对各个从机的压力数据进行压疮监护，计算人体组织的持续压迫时间，若该持续压迫时间达到预设的报警时间阈值，则进行压疮报警。
进一步地，所述数据处理模块包括传感器采集量化电路、列多路模拟开关、行多路模拟开关、微控制器、CAN网络收发单元和拨码开关电路，所述列多路模拟开关的公共端输入接地，所述列多路模拟开关的列切换支路分别连接所述电阻式矩阵压力采集垫对应的列线，所述列多路模拟开关的列地址选通控制端连接微控制器；所述行多路模拟开关的行切换支路分别连接电阻式矩阵压力采集垫对应的行线，所述行多路模拟开关的输出端连接传感器采集量化电路的输入端，所述行多路模拟开关的行地址选通控制端连接微控制器；所述微控制器还分别连接所述传感器采集量化电路的输出、CAN网络收发单元和拨码开关电路；
所述传感器采集量化电路用于将传感器采集的压力值转化为线性相关的电压值；所述CAN网络收发单元用于在微控制器的驱动下进行CAN的组网数据通讯；所述拨码开关电路用于设置该从机微控制器的CAN网络节点ID号，用于区分不同从机；所述微控制器用于采集电阻式矩阵压力采集垫各个压力点的压力信号，并进行数据传输。
进一步地，所述传感器采集量化电路包括运算放大子电路和参考电压子电路，所述运算放大子电路包括运算放大器和反馈电阻，所述运算放大器的正输入端连接所述参考电压子电路、负输入端依次连接行多路模拟开关和电阻式矩阵压力采集垫后接地，所述反馈电阻并联在所述运算放大器的负输入端和输出端的外侧，所述运算放大器采用单电源供电。
进一步地，所述参考电压子电路包括参考电压芯片，该参考电压芯片接地端接地，所述参考电压芯片的输出端和接地端之间并联有依次连接的第一电阻和第二电阻，所述运算放大器的正输入端接入所述第一电阻和第二电阻之间的连接线路中，所述参考电压芯片的输出端还连接有第一电容后接地，所述参考电压芯片的输入端分一条线路连接有第二电源，所述参考电压芯片的输入端还分另一条线路连接有第二电容后接地。
进一步地，所述行多路模拟开关包括多个第一模拟开关，每个所述第一模拟开关均连接有一个所述运算放大子电路，所述参考电压子电路分别为多个运算放大子电路提供参考电压，所述微控制器分别连接对应第一模拟开关和运算放大子电路。
进一步地，所述微控制器对电阻式矩阵压力采集垫各个压力点的数据采集过程包括以下步骤：
S101：通过列多路模拟开关控制电阻式矩阵压力采集垫中第j路信号导通，j的初始值为0；
S102：控制行多路模拟开关中各个第一模拟开关的第i路信号导通，i的初始值为0；
S103：微控制器对输入的信号进行多通道采集并存储；
S104：使得i＝i+1，然后重复步骤S102-S103，直至对电阻式矩阵压力采集垫中第j列压力点信号均采集完成；
S105：使得j＝j+1，然后重复步骤S101-S104，直至对电阻式矩阵压力采集垫中的所有压力点信号均采集完成。
进一步地，所述服务器对各个从机的压力数据进行压疮监护的数据处理流程具体为：
S201：根据个体差异，对易产生压疮的区域进行划分；
S202：设置划分的区域中各个压力点的报警监测压力阈值Fsij、时间清零的压力波动偏差ΔFmaxij和报警时间阈值TIMEij，其中，所述压力点为电阻式矩阵压力采集垫采集的压力点，i为压力点分布的行坐标，j为压力点分布的列坐标，所述报警监测压力阈值Fsij用于判断压力垫上是否存在个体，所述时间清零的压力波动偏差ΔFmaxij用于判断压力点上的个体是否发送动作；
S203：初始化压疮监护计数时间timeij＝0；
S204：每隔预设的监护时间，读取阵列压力数据Fij；
S205：判断是否同时满足Fij>Fsij，且|ΔFij|<ΔFmaxij，其中|ΔFij|为在最近的一个监护时间内Fij的变化量，若否，则执行步骤S206，若是，则执行步骤S207；
S206：将所述压疮监护计数时间timeij清零，并返回步骤S204；
S207：在所述压疮监护计数时间timeij上增加一个所述监护时间，并执行步骤S208；
S208：判断所述压疮监护计数时间timeij是否大于所述报警时间阈值TIMEij，若否，则执行步骤S209，若是，则执行步骤S210；
S209：返回步骤S204；
S210：触发压疮报警，发送报警信息，然后返回步骤S204。
进一步地，多个所述从机均通过CAN总线连接所述主机。
进一步地，所述CAN总线的末端还连接有终端电阻。
进一步地，所述服务器还无线连接有PC端和手机端，所述PC端和手机端均显示有压疮患者压力分布图，并实时接收警报信息。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明传感器采集部分采用分布式架构，由N个从机和1个主机组成，可以根据实际应用场景的床板大小，进行拼接，实现全面覆盖，解决了当前矩阵压力垫因工艺问题无法做成大面积，导致无法对大面积压力点数据同时采集读取的问题。
(2)本发明还提出了一种矩阵式压力采集的硬件电路设计改进，使压力量化输出结果和输入压力成线性关系，采用四运放并行采集的方式采集1024个传感器压力点，简化电路的同时也提高了数据采集的效率，同时利用物联网技术，大大节约了人工成本，提高了智能化程度。
(3)本发明考虑到人体仰卧时的各个部位的受力情况也不同，所以对于不同位置的报警监测压力阀值进行区分设置；考虑到人体不同部位产生压疮的敏感性不同，所以对监测时间清零的压力波动偏差ΔFmaxij和报警时间阀值TIMEij，针对不同区域进行了区分设置；本发明对压疮报警的逻辑判断即通过警报监测压力阀值Fsij进行了人是否在床垫上的判断，还通过压力波动偏差ΔFmaxij进行了人是否翻动的判断，整体流程考虑全面，准确性高。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的一种分布式压疮智能监护系统的系统结构框图；
图2为本发明实施例中提供的单个从机的功能结构框图；
图3为本发明实施例中提供的单个从机的具体电路原理图；
图4为本发明实施例提供的矩阵压力传感器垫的局部放大图示意图；
图5为本发明实施例提供的传感器采集电路量化电路原理图；
图6为本发明实施例提供的矩阵压力传感器单个压力点与电阻及其倒数的变化关系图；
图7为本发明实施例提供的将10片压力采集子系统拼接0.8m*2m的矩形床垫，然后和ESP32主机组成CAN网络的系统工作示意图；
图8为本实施例提供的一种患者仰卧时容易产生压疮的部位示意图，分别为后背区域、尾骨附近、左右脚跟附近；
图9为本发明实施例提供的一种警报和监护实现过程的程序流程图；
图中，1-10为电阻式矩阵压力采集垫的序号，301、电阻式柔性矩阵压力采集垫，302、传感器采集量化电路，303、行多路模拟开关电路，304、列多路模拟开关，305、CAN网络收发单元，306、8位拨码开关电路，307、通信连接指示灯，308、电源工作的指示灯，309、微控制器，400、矩阵压力传感器垫的局部区域，401、透气口，701、压力采集子系统，702、矩形床垫，801、后背区域，802、尾骨附近区域，803、左右脚跟附近区域。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种分布式压疮智能监护系统，包括主机、从机和服务器，从机的数量为多个，多个从机均通信连接主机，主机还通信连接服务器；
从机包括电阻式矩阵压力采集垫和数据处理模块，多个从机的电阻式矩阵压力采集垫分别分布在床板上的不同区域，数据处理模块分别连接电阻式矩阵压力采集垫和主机，数据处理模块用于对电阻式矩阵压力采集垫的压力信号进行数据处理，转换为压力数据后，传输至主机；
主机接收各个从机的压力数据，并上传至服务器；
服务器分别对各个从机的压力数据进行压疮监护，计算人体组织的持续压迫时间，若该持续压迫时间达到预设的报警时间阈值，则进行压疮报警。
本实施例中，单片电阻式矩阵压力采集垫包括32列、32行的压力采集垫，各行列压力采集点垂直等距排布，每个子片共1024个压力采集点，行列由接线端子分别引出，传感器周围开有正六边形的气孔，增加柔性床垫的透气性。
数据处理模块包括传感器采集量化电路、行多路模拟开关、列多路模拟开关、微控制器、CAN网络收发单元和拨码开关电路，列多路模拟开关分别连接电阻式矩阵压力采集垫和微控制器，行多路模拟开关的输入端连接电阻式矩阵压力采集垫、输出端连接传感器采集量化电路、控制端连接微控制器，微控制器还分别连接传感器采集量化电路、CAN网络收发单元和拨码开关电路；
传感器采集量化电路用于将传感器采集的压力值转化为线性相关的电压值，CAN网络收发单元用于在微控制器的驱动下进行数据通讯，拨码开关电路用于设置区分不同从机在CAN网络节点ID号，微控制器用于控制采集电阻式矩阵压力采集垫各个压力点的压力信号，并进行数据传输。
传感器采集量化电路将传感器采集到的压力值转化线性相关的电压值，采用的是同相比例放大电路。
传感器采集量化电路包括运算放大子电路和参考电压子电路，运算放大子电路包括运算放大器和反馈电阻，运算放大器的正输入端连接参考电压子电路、负输入端依次连接行多路模拟开关和电阻式矩阵压力采集垫后接地，反馈电阻并联在运算放大器的负输入端和输出端的外侧，运算放大器还连接有第一电源和接地线。
参考电压子电路包括参考电压芯片，该参考电压芯片接地端接地，参考电压芯片的输出端和接地端之间并联有依次连接的第一电阻和第二电阻，运算放大器的正输入端接入第一电阻和第二电阻之间的连接线路中，参考电压芯片的输出端还连接有第一电容后接地，参考电压芯片的输入端分一条线路连接有第二电源，参考电压芯片的输入端还分另一条线路连接有第二电容后接地。
行多路模拟开关包括多个第一模拟开关，每个第一模拟开关均连接有一个运算放大子电路，参考电压子电路分别为多个运算放大子电路供电，微控制器分别连接对应的第一模拟开关和运算放大子电路。
本实施例中，行多路模拟开关、列多路模拟开关均能够双向控制电流流经公共端的通断；32列需要2个1通16路的多路模拟开关，2个列多路模拟开关的公共端共同接地，对应多路开关的通道输入分别接列矩阵传感器的列端子对应引线；32行需要4个1通8路的多路模拟开关，对应多路模拟开关的输入分别接矩阵传感器的行端子对应引线，4个8路列多路模拟开关的的公共输出端要分别接4个运放的反相输入端。
CAN收发单元，用于主从机之间数据的收发和分布式组网，N个从机公用一个120欧姆的终端电阻，CAN总线采用的是双绞屏蔽线。
微控制器的型号为GD32F303RCT6，多路模拟开关的地址选通线和使能端连接到单片机的通用GPIO口；传感器采集电路量化后的电压信号从单片机的4个ADC口分别输入；从机将采集处理好的数据通过自带的CAN外设通过CAN收发单元按双方协议打包发给ESP32主机。
主机的型号为ESP32，内部集成微控制器和WiFi模组；其中也包括自带的CAN外设，CAN网络的末端需要添加1个120欧姆的终端电阻来消除在通信电缆中的信号反射；主机通过CAN网络接收从各从机发来的数据。主机收到从从机发来的数据后通过局域网，利用WiFi将打包处理好的数据发送物联网云服务器。
N个从机将采集的压力数据发给ESP32主机，主机再通过局域网发给物联网云服务器，护士站点电脑和手机移动端登录网联网账号和密码可以通过应用程序实时查看压疮患者压力分布图和利用历史数据处理后的特征图像。
ESP32主机通过WiFi信号连接路由器，经过路由器的宽带连接服务器，本实施例中采用云服务器，该云服务器接收处理ESP32发来的打包数据，接收所述移动终端的访问请求，并输出与所述访问请求对应的信息至所述移动终端；服务器也要通过记录、分析、处理历史数据，预测可能会发生压疮得部位，设置报警阈值的大小，并发送报警消息给护士站电脑和手机移动端。
护士站电脑和手机移动端：在屏幕上显示对应病房所述的病人身体置于病床的实时压力大小分布图和可能会发生压疮部位的特征图像，当达到设定阈值，护士站计算机和手机移动端将会收到警报消息，提示要给病人翻身，护士收到消息立刻去给病人翻身，预防病人身上产生压疮。
下面对本实施例的具体实施过程进行描述。
一种基于分布式矩阵压力传感器的压疮智能监护系统的系统结构框图，本系统采用N+1的分布式架构，包括N个以GD32F303RCT6控制器为核心的矩阵式传感器采集子系统、1个ESP32主机，也包括云端服务器、护士站电脑和移动端手机。具体实施步骤如下：
1)将N个GD32从机和ESP32主机连接到一个共同的CAN网路中，通过拨码开关设置好N个从机的CAN的ID号，使每个从机的CAN的ID号各不相同，并将从机的所有ID包含在主机CAN外设的筛选器中；
2)医院护士站PC端和移动端登录对应的账号，医院人员通过客户端设定好警报监测压力阀值Fsij、报警时间阀值TIMEij、时间清零的压力波动偏差ΔFmaxij；
3)N个从机将自己区域的压力点数据通过CAN网络打包发给主机；
4)主机通过CAN网络接受到N个从机发来的数据，并打包处理后通过室内的WiFi网络发给服务器；
5)服务器收到主机发来的打包数据，根据通信协议先将数据包中压力点数据解析还原成从机压力垫的实际排列布局和顺序，并根据设定的压力报警阀值Fmaxij和清零压力活动偏差阈值|ΔFij|max和累积报警时间TIMEij，其中|ΔFij|max是患者由于自身翻身活动导致一些压力点采集读数发生较大的波动偏差，当服务器监测发现这些点的压力值发生大幅度抖动变化，其抖动偏差绝对值大于|ΔFij|max时，就会将累积报警时间timeij自动清零，以提高报警的准确度,避免误报警，TIMEij是矩阵压力垫某一点Xij即第i行j列的传感器一直受到大于Fmaxij牛压力的情况下的时间警报阀值，当监测到超压时间持续大于Timeij时就会触发警报。
6)主机持续不断的获取矩阵压力采集垫的压力值和坐标值并将其发送给服务器，物联网云服务器收到数据后根据压力值的不同，用不同颜色深度的像素点将矩阵压力采集点压力值表示出来，并将压力点坐标按适当比例对应到像素点的坐标，然后再将这些不同颜色的像素坐标点组成应力大小分布成像图，再将该图实时传给客户端，客户端接收图片后，会显示一张实时压力大小应力分布图，和一张由于身体某些部位持续受压不动而对这些部位像素点根据压力持续累积时间来重点标红的增强分布图。当某一区域压力点一直持续在设定压力的阀值Fmaxij之上，直到持续计数时间timeij达到TIMEij时，则触发报警，然后发送报警信息，PC客户端会收到弹窗警告和文字提示，手机客户端会收到震动和语音提示，同时也都会收到触发报警的病人身体具体部位可能产生压疮的大致部位照片，来提示护士给病人及时翻身和对相应部位的及时按摩。
如图3和图4所示，是单片分布式子系统中矩阵压力传感器与单片机连接的具体电路原理图和矩阵压力传感器垫的局部放大图。301是单片矩阵压力垫传感器的正片示意图图，包括32行、32列，共1024个传感器均匀排布。400是矩阵压力传感器垫的局部放大图示意图，中间的正八边形401是透气口,透气口的目的是让床单透气降低湿度来预防压疮，相邻两个传感器之间的距离为12.5mm,单片压力传感器垫0.4m*0.4m的面积上共分布32行*32列个监测点，黑色圆形实心点是单个压阻式传感器，灰色的线条是行列导线，传感器周围的正六边形是透气孔。
如图2和3所示，是单个分布式从机采集系统的结构功能框图和单片分布式子系统中矩阵压力传感器与单片机连接的具体电路原理图。
每个采集子系统包括电阻式矩阵压力采集垫301、传感器采集量化电路302、行多路模拟开关电路303、列多路模拟开关304、CAN网络收发单元305、8位拨码开关电路306、通信连接指示灯307和电源工作的指示灯308、GD32F303RCT6微控制器309。其中传感器采集量化电路，是将传感器采集到的压力值转化线性相关的电压值，使用的是MPC6004T低功耗四运放；行列多路模拟开关用于传感器不同行列交叉点回路的高速切换，行列分别使用的是四个8路的CD4051多路模拟开关和两个16路的CD4067多路模拟开关；CAN网络收发单元用于主从机之前建立总线网络和数据的收发通信，并将差分信号转为单片机能够识别的TTL电平信号和将单片机发送的TTL电平信号转化为CAN网络的差分信号输出，CAN收发芯片使用的是TJA1050T；8位拨码开关用于设置不同采集子系统的CAN网络节点的ID号，在系统初始化过程由单片机的GPIO外设读取；通信连接和电源工作的指示灯，用于指示从机系统供电正常和从机节点在CAN总线网络的通信状态；GD32F303RCT6微控制器负责每个从机传感器采集算法的具体实现和处理过程。
如图5所示，是图3中传感器采集量化电路302中四路的一路等效电路图，采用的是同相比例放大电路，使用的运放为MCP6004T，单电源供电，供电电压为3.3V。Rd是等效的单个压力传感器，Rd的电导随着压力的增加而线性增加，再参看图6，压力传感器的电阻和电阻倒数随着压力变化的曲线。Rf是反馈电阻，501是参考电压电路，使用的是REF3012参考电压芯片，输入3.3V输出为1.25V，经过两个20K的电阻串联分压后产生0.625V的电压，然后连接到运放的同相端，即运放的同相端输入电压Vref＝0.625V，利用理想运放的虚短和虚断得：
由上式得运放的输出Vout与输入
成线性关系。GD32单片机AD的参考电压为3.3V，所以要保证运放的输出电压要小于3.3V,由Rd在设计重量0Kg到20Kg的作用范围内阻值区间为6000KΩ到5KΩ，由上式带入Vout≤3.3V计算得Rf≤21.4KΩ,这里取贴片电阻表中常用的20KΩ作为Rf。将Rf和Rd带入上式计算得运放的输出电压范围为0.627V到3.125V，在单片机ADC的参考电压3.3V以内。
单个从机系统实现1024个压力点的具体采集步骤：
A1：采集的顺序是从左向右一列一列的采集，通过单片机的GPIO口控制两片16路列多路模拟开关的片选和地址，选通一路列引线Vj(0≤j≤31)。首次取j＝0，从第0列开始，后续依次递增；
A2：通过单片机的GPIO口控制4片8路行多路模拟开关的片选和地址，同时选通4路行引线Hi(其中：0≤i≤31)，四路对应的下标i分别为n、n+8、n+16、n+24(其中：0≤n≤7)。首次取n＝0，则i分别为0、8、16、24，即H0、H8、H16、H24同时选通，后续依次递增；
A3：结合原理图图3，选通的四个压力采集点P(n,j)、P(n+8,j)、P(n+16,j)、P(n+24,j)，一端经过列多路模拟开关接地，一端分别经过四个行多路模拟开关接到MCP6004T的组成的四个同相放大电路的反相输入端；
A4：如图5，本实例中采用的是压阻式传感器，当压力垫压力发生变化，Rd的电导会随着压力成线性变化，P(n,j)、P(n+8,j)、P(n+16,j)、P(n+24,j)压力采集点可以等效于Rd。由公式
将以上四个点压阻信号经过四个同相放大电路量化为电压信号，送入单片机ADC的四个通道中；
A5：由于是对四个信号的同时采集，采用的是ADC+DMA独立模式多通道采集的方式，DMA采用的是ADC到内存，初始化配置完成，DMA自动将四路模拟信号采集好放到指定内存中，不需要设置单片机CPU延时等待，实现一次同时对四路压力点的采集；
A6：重复步骤A2到步骤A5，直到将第j列压力点采集完；
A7：再依次重复步骤A1到A6，将32行*32列共1024个压力点采集完成。
如图7所示，为将10片压力采集子系统701拼接0.8m*2m的矩形床垫702，然后和ESP32主机组成CAN网络的系统工作示意图。每片子系统压力采集垫701的大小为400mm*400mm,传感器布局为32行*32列，每片均匀分布1024个压力采集点，本发明根据病床的实际大小共用了2*5片压力采集子系统，从左到右，从上到下顺序拼接成完整的床垫，所以单个病床702采集面积为：0.8m*2m＝1.6m2，总共均匀排布10240个压力监测点，满足基本病床的要求，由于采用了分布式CAN通信网络，对于个别定制病床可以增加和删减采集子系统以适用不同大小病床的采集监护要求。ESP32已经支持CAN总线，在其官方文档中，CAN总线被名命为TWAI(Two-wire Automotive Interface)。10个从机和ESP32主机通过CAN线相连接，10个从机通过CAN网络将采集的压力数据发给主机。所述ESP32主机内部集成WiFi和微控制器，利用室内路由器的局域网络能够将数据信息通过MQTT协议上传到MQTT服务器，客户端可以通过MQTT服务器查看病床病人与压力垫接触部分的压力大小分布信息和收到报警状态信息，有利于及时采取必要措施，实现对压疮预防的远程监护和及时预防。
如图8和图9所示，图8为患者仰卧时容易产生压疮的部位，分别为后背区域801、尾骨附近802、左右脚跟附近803，图9为警报和监护实现过程的程序流程图。针对昏迷、瘫痪者，自主活动能力丧失，长期卧床的患者常见压疮发生的部位，本设计对重点监护局域进行了划分，因为每个点的采集都是独立的，而且人体仰卧时的各个部位的受力情况也不同，所以对于不同位置的报警监测压力阀值Fsij也要进行区分，其中下标i，j是指在不同区域点压力传感器的坐标位置，i代表矩阵压力传感器的行，j代表列。由于人体不同部位产生压疮的敏感性不同，需要对监测时间清零的压力波动偏差ΔFmaxij和报警时间阀值TIMEij针对不同区域也要进行区分，其中下标i，j是指在不同区域监测点的坐标位置，i代表矩阵压力传感器的行，j代表列。本发明仅对仰卧姿势介绍，其他姿势分析方法类似，就不在赘述。
物联网服务器端实现远程报警和监护的步骤：
a.针对个体差异对易产生压疮区域划分；
b.分别针对监测压疮的报警区域不同设置警报监测压力阀值Fsij、时间清零的压力波动偏差ΔFmaxij和报警时间阀值TIMEij；报警监测压力阈值Fsij用于判断压力点上是否存在个体，时间清零的压力波动偏差ΔFmaxij用于判断压力点上的个体是否发送动作；
c.初始化压疮监护时间计数timeij＝0；
d.每隔预设的监护时间，服务器端读取阵列压力数据Fij，本实施例中监护时间设置为0.8秒；
e.判断是否满足Fij>Fsij，且|ΔFij|<ΔFmaxij，其中|ΔFij|为在最近的一个监护时间内Fij的变化量；
f.如果否，则认为该点某时刻压力太小，可能是病人自身翻动导致，或是病人暂时离开床，床上无病人，所以认为没有产生压疮的可能，于是将压疮监护计数时间timeij清零；
g.如果是，则第一，病人身体与床垫之间压力大于警报监测阀值Fsij，判断出人在床上，第二，皮肤组织与床单之间的压力波动很小，判断一直受到压迫，则计数时间开始按0.8秒增加；
h.判断计数时间timeij是否大于报警时间阀值TIMEij；
i.如果否，则认为人体组织虽然受到压迫，但时间短暂，还没有达到触发报警的阀值时间，则继续进行监测；
j.如果是，则认为病人皮肤组织受到很长时间的压迫，如果继续再压迫，就会产生压疮，于是触发报警。然后发送报警信息，PC客户端会收到弹窗警告和文字提示，手机客户端会收到震动和语音提示，同时也都会收到触发报警的病人身体具体部位的大致照片，提示护士要给病人及时翻身和相应部位的及时按摩来预防压疮的产生。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (4)
1.一种分布式压疮智能监护系统，其特征在于，包括主机、从机和服务器，所述从机的数量为多个，多个所述从机均通信连接所述主机，所述主机还通信连接所述服务器；
所述从机包括电阻式矩阵压力采集垫和数据处理模块，多个所述从机的电阻式矩阵压力采集垫分别分布在床板上的不同区域，所述电阻式矩阵压力采集垫设有阵列式的压力采集点；所述数据处理模块分别连接所述电阻式矩阵压力采集垫和主机，所述数据处理模块用于对所述电阻式矩阵压力采集垫的电压信号进行数据处理，转换为压力数据后，传输至所述主机；
所述主机接收各个从机的压力数据，并上传至所述服务器；
所述服务器分别对各个从机的压力数据进行压疮监护，计算人体组织的持续压迫时间，若该持续压迫时间达到预设的报警时间阈值，则进行压疮报警；
所述数据处理模块包括传感器采集量化电路、列多路模拟开关、行多路模拟开关、微控制器、CAN网络收发单元和拨码开关电路，所述列多路模拟开关的公共端输入接地，所述列多路模拟开关的列切换支路分别连接所述电阻式矩阵压力采集垫对应的列，所述列多路模拟开关的列地址选通控制端连接微控制器；所述行多路模拟开关的行切换支路分别连接电阻式矩阵压力采集垫对应的行线，所述行多路模拟开关的输出端连接传感器采集量化电路的输入端，所述行多路模拟开关的行地址选通控制端连接微控制器；所述微控制器还分别连接所述传感器采集量化电路的输出、CAN网络收发单元和拨码开关电路；
所述传感器采集量化电路用于将传感器采集的压力值转化为线性相关的电压值；所述CAN网络收发单元用于在微控制器的驱动下进行CAN的组网数据通讯；所述拨码开关电路用于设置该从机微控制器的CAN网络节点ID号，用于区分不同从机；所述微控制器用于采集电阻式矩阵压力采集垫各个压力点的压力信号，并进行数据传输；
所述传感器采集量化电路包括运算放大子电路和参考电压子电路，所述运算放大子电路包括运算放大器和反馈电阻，所述运算放大器的正输入端连接所述参考电压子电路、负输入端依次连接行多路模拟开关和电阻式矩阵压力采集垫后接地，所述反馈电阻并联在所述运算放大器的负输入端和输出端的外侧，所述运算放大器采用单电源供电；
所述行多路模拟开关包括多个第一模拟开关，每个所述第一模拟开关均连接有一个所述运算放大子电路，所述参考电压子电路分别为多个运算放大子电路提供参考电压，所述微控制器分别连接对应第一模拟开关和运算放大子电路；
所述微控制器对电阻式矩阵压力采集垫各个压力点的数据采集过程包括以下步骤：
S101：通过列多路模拟开关控制电阻式矩阵压力采集垫中第j路信号导通，j的初始值为0；
S102：控制行多路模拟开关中各个第一模拟开关的第i路信号导通，i的初始值为0；
S103：微控制器对输入的信号进行多通道采集并存储；
S104：使得i=i+1，然后重复步骤S102-S103，直至对电阻式矩阵压力采集垫中第j列压力点信号均采集完成；
S105：使得j=j+1，然后重复步骤S101-S104，直至对电阻式矩阵压力采集垫中的所有压力点信号均采集完成；
所述服务器对各个从机的压力数据进行压疮监护的数据处理流程具体为：
S201：根据个体差异，对易产生压疮的区域进行划分；
S202：设置划分的区域中各个压力点的报警监测压力阈值Fsij、时间清零的压力波动偏差
Fmaxij和报警时间阈值TIMEij，其中，所述压力点为电阻式矩阵压力采集垫采集的压力点，i为压力点分布的行坐标，j为压力点分布的列坐标，所述报警监测压力阈值Fsij用于判断压力垫上是否存在个体，所述时间清零的压力波动偏差
Fmaxij用于判断压力点上的个体是否发送动作；
S203：初始化压疮监护计数时间timeij=0；
S204：每隔预设的监护时间，读取阵列压力数据Fij；
S205：判断是否同时满足Fij> Fsij，且|
Fij|<
Fmaxij，其中|
Fij|为在最近的一个监护时间内Fij的变化量，若否，则执行步骤S206，若是，则执行步骤S207；
S206：将所述压疮监护计数时间timeij清零，并返回步骤S204；
S207：在所述压疮监护计数时间timeij上增加一个所述监护时间，并执行步骤S208；
S208：判断所述压疮监护计数时间timeij是否大于所述报警时间阈值TIMEij，若否，则执行步骤S209，若是，则执行步骤S210；
S209：返回步骤S204；
S210：触发压疮报警，发送报警信息，然后返回步骤S204；
所述参考电压子电路包括参考电压芯片，该参考电压芯片接地端接地，所述参考电压芯片的输出端和接地端之间并联有依次连接的第一电阻和第二电阻，所述运算放大器的正输入端接入所述第一电阻和第二电阻之间的连接线路中，所述参考电压芯片的输出端还连接有第一电容后接地，所述参考电压芯片的输入端分一条线路连接有第二电源，所述参考电压芯片的输入端还分另一条线路连接有第二电容后接地。
2.根据权利要求1所述的一种分布式压疮智能监护系统，其特征在于，多个所述从机均通过CAN总线连接所述主机。
3.根据权利要求2所述的一种分布式压疮智能监护系统，其特征在于，所述CAN总线的末端还连接有终端电阻。
4.根据权利要求1所述的一种分布式压疮智能监护系统，其特征在于，所述服务器还无线连接有PC端和手机端，所述PC端和手机端均显示有压疮患者压力分布图，并实时接收警报信息。
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