CN107019606A - 一种基于arm***的智能多功能护理床 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于ARM***的智能多功能护理床。它包括床体机械部分以及基于ARM的智能控制***，所述床头机械部分包括床架（1）和床垫，床架的两侧均设有护栏，床架包括一个床头板、一个床尾板、四个底部支撑腿、三个背部床板、二个臀部床板、一个腿部床板和一个脚部床板，所述背部床板、臀部床板、腿部床板和脚部床板依次位于床头板和床尾板之间，床架下方装有四个电动推杆甲乙丙丁，分别连接驱动左中右三个背部床板、腿部床板，该四个电动推杆甲乙丙丁分别由四个电缸甲乙丙丁驱动实现“支背”、“曲腿”和“翻身”的机械控制功能。本发明实现床体各项机械运动，同时提供用户个人数据上传等后台云端服务，整套***让使用者安心，让家属放心，可广泛应用。

Description

一种基于ARM***的智能多功能护理床

技术领域

本发明公开了一种基于ARM***的多功能护理床，属于一种智能医疗护理装置，提供包括基础医疗护理功能、自动机械控制功能、远程云端服务功能在内的多种功能，为使用者提供智能医疗护理服务，改善使用者（老年人）的生活质量。

技术背景

全球已进入了老龄化社会，据***统计，到本世纪中期，中国将有近5亿人口超过60岁。随着人体衰老和各项机能的衰退，老年人群经常遇到慢性疾病的困扰，而这些疾病将导致恶性疾病的发生。因此，如何在这些慢性疾病发生的初始阶段甚至未发生阶段帮助老年人建立健康的生活理念和行为方式，最终实现老年人健康自我管理，成为老年医疗健康研究中非常重要的课题之一，即“治未病”。

近年来，随着可穿戴智能医疗设备、物联网感知技术、海量健康数据分析技术、新型诊疗技术的发展以及算法的优化，基于智能检测与康复的多功能护理床逐渐成为老年福祉产品中热门的应用之一，国内外众多公司都曾针对智能护理床进行过专项的研发，但是产品多数是适应医院病床而设计的功能性护理床，外形庞大、价格昂贵，不适合养老院、居家等非专业医疗机构使用；适合非专业医疗机构使用的护理床往往功能单一。 由于社区养老和家庭养老正成为目前主流养老形式，因此开发同时适合医院、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。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术的不足，提供一种基于嵌入式ARM***的智能多功能护理床，实现用户一键式控制“支背”、“曲腿”、“翻身”等机械功能，带有娱乐功能，并提供配套的后台云端服务，适合养老院、家庭等非专业医疗机构的使用。

为达到上述目的，本发明的构思是：

本发明包括智能床体机械部分以及相关的三个电子模块：主管理器模块、机械控制模块和云端服务模块。智能护理床的尺寸为200cm长，120cm宽，55cm高，可供1人护理使用，其特征在于，包括床架和床垫，床架的两侧均设有护栏，床架包括床头板、床尾板、底部支撑腿、背部床板、臀部床板、腿部床板和脚部床板，背部床板、臀部床板、腿部床板和脚部床板依次位于床头板和床尾板之间，床头板的底端、床尾板的底端都设有底部支撑腿，护栏上装有主LED显示屏。底部支撑腿上装有静音脚轮。

三个电子模块中，主管理器模块与机械控制模块以及云端服务模块相连，分别控制床体的机械操作以及用户个人数据信息上传与管理。主管理器模块特征在于，主管理器S5P4418通过UART串口分别与WIFI模块、主显示屏模块TN92和主摄像头相连。

所示三个电子模块中，机械控制模块通过UART串口与主管理器模块相连，其特征在于，单片机ARDUNIO UNO起机械指令发出、控制与接收作用，通过继电器SRD-05VDC-SLCT73与机械键盘相连，通过给予四个电缸不同的指令，分别推动四个电动推杆-205.1-4， 并最终移动左、中、右三块背部床板以及一块腿部床板，实现床体翻身、起落等机械动作。

三个电子模块中，云端服务模块通过HTTP协议与WIFI模块相连，其特征在于，通过servlet产生数据接收、发送指令, 控制器-302对指令进行识别、 通过模型检索、最终对数据库中的数据进行读写、存储与管理。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种基于ARM***的智能多功能护理床，包括床体机械部分以及基于ARM的智能控制***，其特征在于：所述床头机械部分包括床架和床垫，床架的两侧均设有护栏，床架包括一个床头板、一个床尾板、四个底部支撑腿、三个背部床板、二个臀部床板、一个腿部床板和一个脚部床板，所述背部床板、臀部床板、腿部床板和脚部床板依次位于床头板和床尾板之间，左背板与中背板通过铰链相连，右背板与中背板通过铰链相连，中背板通过铰链直接与床架相连。床架下方装有四个电动推杆甲乙丙丁，分别连接驱动左中右三个背部床板、腿部床板，该四个电动推杆甲乙丙丁分别由四个电缸甲乙丙丁驱动实现“支背”、“曲腿”和“翻身”的机械控制功能；所述基于ARM的智能控制***包括主管理器模块、驱动控制模块和云端服务模块；所述的主管理器模块分别连接驱动控制模块和云端服务模块，驱动控制模块连接控制所述的电缸甲乙丙丁。

所述“支背”的运动机构是一个电缸乙直接连接执行的电动连杆机构。电动推杆乙推动推杆关节，推杆关节直接推动中背部床板,使中部背板顺其与床架的铰接点转动，中背部床板带动左背部床板和右背部床板同时转动，完成轮椅床的“支背”动作。“支背”机构最大可以向上转动85°。

所述“曲腿”的运动机构是电缸直接连接执行的电动推杆丁，电动推杆丁推动推杆关节，推杆关节绕固定轴转动，进而推动腿部推杆，腿部推杆推动腿部推杆焊件，使得腿部床板绕铰链逆时针抬起，脚部床板绕铰链顺时针抬起，从而达到曲腿的目的。上曲腿可下折90°，下曲腿可折45°。

所述“翻身”的运动机构是由电缸甲直接连接执行的电动推杆甲，用户向右侧进行翻身时，电动推杆甲推动推杆关节，推杆关节直接推动左背部床板，使左背部床板抬起；用户向左侧进行翻身时，电动推杆推动推杆关节，推杆关节直接推动右背部床板，使右背部床板抬起。从而完成用户的侧翻需求。左、右背部床板最大旋转角度可达80°。

所述主管理器模块包括主管理器S5P4418，WIFI模块、主显示屏模块TN92和主摄像头，所述主管理器模块-100基于嵌入式管理***ARM Cortex-A9四核S5P4418处理器，内存为1GB DDR3, 搭载Android4.4***,开发环境为Android Studio，主管理器模块通过UART串口控制与所述的机械控制模块的单片机ARDUNIO UNO-201进行双工通信，通过WIFI模块与云端服务模块基于volley框架进行通信；LCD主显示模块TN92与主管理器相连，可显示并操作各种机械功能。

所述主管理器模块软件部分包括智能操控模块、娱乐影音模块和数据上传模块，以及待完成的生理参数监护模块；智能操控模块是多功能护理床的最基本模块，其实现通过主管理器S5P4418利用android-serialport-api发送数据，床通过开发板的串口UART1接收数据，并根据人体工程学设计不同的姿势，实现帮助使用者翻身、抬高角度、变形为座椅等所有护理床的功能；智能操控模块分为三个模式：触摸模式、语音模式和远程模式。

所述驱动控制模块包括单片机ARDUNIO UN，继电器SRD-05VDC-SLC T73和机械键盘，四个电缸甲乙丙丁四个电动推杆甲乙丙丁，以及左、中、右三块背部床板以及一块腿部床板，实现“支背”、“曲腿”、“翻身”等机械动作。其特征为单片机ARDUNIO UNO通过IO口控制5V继电器SRD-05VDC-SLC T73，继电器连接机械键盘，机械键盘连接四个电缸甲乙丙丁，四个电缸甲乙丙丁分别连接四个电动推杆，电动推杆分别连接智能护理床的左、右、中部背板和腿部背板，从而控制智能床的“支背”、“曲腿”、“翻身”等运动；主管理器模块连接WIFI模块，并通过HTTP与所述的云端服务模块进行连接。

所述单片机ARDUNIO UNO内有机械装置控制模块，主要用于实现床体变形和辅助翻身等机械功能。单片机初始化，通过判断串口0接受中断是否有值，进行机械控制数据包解析并判断包是否有效、完整，将有效的机械控制信号存入缓存中，置位标志位并且关中断。进而等待下一组机械信号的读取。

所述云端服务模块采用阿里云云服务器ECS，操作***选用Linux***Cent OS7.0 64位；该服务器配置Java虚拟机和轻量级Apache Java Web应用服务器，所使用的关系型数据库配置于该服务器上，采用MySQL数据库，版本为5.7.10 MySQL Community Server(GPL)。服务器端程序部署于Tomact中；服务端主要功能是提供用户数据信息的持久化服务和数据查询功能。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进步：(1)采用ARM嵌入式***，操作界面采用APP形式实现集自动调节床体形状，辅助翻身等床体机械运动，更加人性化。可通过主触摸显示屏可视化操作，一键式操作实现睡觉，看电视，坐起等不同常规场景功能，各种床板位置与角度切换灵敏，符合人体工学的设计；(2)实现云端服务管理的多功能护理床，将信息实时传输到云端进行存储，使得信息与云端互通，以供医疗管理机构的集中管理和家属的查阅； (3)实现了远程操作，使得用户可以在家里及时获得病人的各项信息；(4)功能多样，价格低，可靠性高，适合养老院、家庭等非专业医疗机构的使用。

附图说明

图1为多功能护理床左视图。

图2为多功能护理床右视图。

图3为多功能护理床俯视图。

图4为多功能护理床的***框图。

图5多功能护理床的电动推杆图。

图6为多功能护理床左视图。

图7为多功能护理床内部机械机构图。

图8为支背与侧翻传动机构图。

图9为多功能护理床的机械功能控制模块软件流程图。

图10为多功能护理床的机械键盘面板示意图。

图11为多功能护理床的基本功能界面。

图12为多功能护理床智能操控基本界面。

图13为多功能护理床的手机欢迎界面。

图14为多功能护理床的手机远程操控界面。

图15为多功能护理床娱乐影音界面示意图。

具体实施方式

以下结合附图和优选实施例来进一步描述本发明。

实施例一：

参考图1-图4，本基于ARM***的的智能多功能护理床，包括床体机械部分（Ⅰ）以及基于ARM的智能控制***（Ⅱ），其特征在于：所述床体机械部分（Ⅰ）包括床架（1）和床垫（16），床架（1）的两侧均设有护栏（8、9），床架（1）包括一个床头板（2）、一个床尾板（3）、四个底部支撑腿（14）、三个背部床板（4）、二个臀部床板（5）、一个腿部床板（6）和一个脚部床板（7），所述背部床板（4）、臀部床板（5）、腿部床板（6）和脚部床板（7）依次位于床头板（2）和床尾板（4-3）之间；背部床板（4）的左背板（4-1）与中背板（4-2）通过铰链相连，右背板（4-3）与中背板（4-2）通过铰链相连，中背板通过铰链直接与床架（1）相连；床架（1）下方装有四个电动推杆甲乙丙丁（205-1、205-2、205-3、205-4），分别连接驱动左中右三个背部床板（4-1、4-2、4-3）和腿部床板（6）；该四个电动推杆甲乙丙丁（205-1，205-2，205-3，205-4）分别由四个电缸甲乙丙丁（204-1、204-2、204-3、204-4）驱动实现“支背”、“曲腿”和“翻身”的机械控制功能；所述基于ARM（Ⅱ）的智能控制***包括主管理器模块（100）、驱动控制模块（200）和云端服务模块（300）；所述的主管理器模块（100）分别连接驱动控制模块（200）和云端服务模块（300），驱动控制模块（200）连接控制所述的电缸甲乙丙丁（204-1、204-2、204-3、204-4）。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

所述“支背”的运动机构是一个电缸乙（204.2）直接连接执行的电动连杆机构：一个电动推杆乙（205.2）推动一个推杆关节（23-2），推杆关节（23-2）直接推动中背板（4-2）,使中背板（4-2）顺其与床架（1）的铰接点转动，中背板（4-2）带动左背板（4-1）和右背板（4-3）同时转动，完成轮椅床的“支背”动作；“支背”机构最大可以向上转动85°。

所述“曲腿”的运动机构是：电缸（204.4）直接连接执行的电动推杆丁（205-4），电动推杆丁（205-4）连接而推动一个推杆关节（26），推杆关节（26）安装于一个固定轴（26-1）而绕其转动，进而连接推动一个腿部推杆（21），腿部推杆（21）推动腿部推杆焊件（27），使得腿部床板（6）绕铰链逆时针抬起，脚部床板（7）绕铰链顺时针抬起，从而达到曲腿的目的。上曲腿可下折90°，下曲腿可折45°。

所述“翻身”的运动机构是：由电缸甲（204.1）直接连接执行的电动推杆甲（205-1），用户向右侧进行翻身时，电动推杆甲（205-1）连接推动一个推杆关节（23-1），推杆关节（23-1）连接推动一个左背板（4-1），使左背板（4-1）抬起；用户向左侧进行翻身时，电动推杆（205-3）连接推动一个推杆关节（23-3），推杆关节（23-3）直接连接推动右背板（4-3），使右背板（4-3）抬起，从而完成用户的侧翻需求；左、右背板（4-1、4-3）最大旋转角度可达80°。

所述主管理器模块（100）包括主管理器S5P4418 （101），WIFI模块（102）、主显示屏模块TN92（103）和主摄像头（104），所述主管理器模块-100基于嵌入式管理***ARMCortex-A9四核S5P4418处理器，内存为1GB DDR3, 搭载Android4.4***,开发环境为Android Studio，主管理器模块（100）通过UART串口控制与所述的机械控制模块的单片机ARDUNIO UNO-201进行双工通信，通过WIFI模块（102）与云端服务模块（300）基于volley框架进行通信；LCD主显示模块TN92（103）与主管理器（101）相连，可显示并操作各种机械功能。

所述主管理器模块（100）软件部分包括智能操控模块、娱乐影音模块和数据上传模块，以及待完成的生理参数监护模块；智能操控模块是多功能护理床的最基本模块，其实现通过主管理器S5P4418 （101）利用android-serialport-api发送数据，床通过开发板的串口UART1接收数据，并根据人体工程学设计不同的姿势，实现帮助使用者翻身、抬高角度、变形为座椅等所有护理床的功能；智能操控模块分为三个模式：触摸模式、语音模式和远程模式。

所述驱动控制模块（200）包括单片机ARDUNIO UNO（201），继电器SRD-05VDC-SLCT73（202）和机械键盘（203），四个电缸甲乙丙丁（204-1、204-2、204-3、204-4）四个电动推杆甲乙丙丁（205-1、205-2、205-3、205-4），以及左、中、右三块背部床板以及一块腿部床板（206.1、206-2、206-3、206-4），实现“支背”、“曲腿”、“翻身”机械动作，单片机ARDUNIO UNO（201）通过IO口控制5V继电器SRD-05VDC-SLC T73（202），继电器连接机械键盘（203），机械键盘连接四个电缸甲乙丙丁（204-1、204-2、204-3、204-4），四个电缸甲乙丙丁分别连接四个电动推杆（205-1、205-2、205-3、205-4），电动推杆分别连接智能护理床的左、右、中部背板和腿部背板（206-1、206-2、206-3、206-4），从而控制智能床的“支背”、“曲腿”、“翻身”等运动；主管理器模块（100）连接WIFI模块（102），并通过HTTP与所述的云端服务模块（300）进行连接。

所述单片机ARDUNIO UNO（201）内植入机械装置控制模块，主要用于实现床体变形和辅助翻身等机械功能。单片机初始化，通过判断串口0接受中断是否有值，进行机械控制数据包解析并判断包是否有效、完整，将有效的机械控制信号存入缓存中，置位标志位并且关中断。进而等待下一组机械信号的读取。

所述云端服务模块（300）采用阿里云云服务器ECS，操作***选用Linux***CentOS 7.0 64位；该服务器配置Java虚拟机和轻量级Apache Java Web应用服务器，所使用的关系型数据库配置于该服务器上，采用MySQL数据库，版本为5.7.10 MySQL CommunityServer，服务器端程序部署于Tomact中；服务端主要功能是提供用户数据信息的持久化服务和数据查询功能。

实施例三：

参见图1-4，本多功能老年护理床结构包括床架（1）和床垫（16），床架1的两侧均设有护栏（8和9），床架（1）包括床头板（2）、床尾板（3）、左中右三个背部床板（4）、左右两个臀部床板（5）、一个腿部床板（6）、一个脚部床板（7）、四个底部支撑腿（14）、每个底部支撑腿上装有静音脚轮（15）。护栏（8）上部连接显示装置（12）, 管理装置（12）内装有主管理器模块-（100）；护栏（8）内侧连接机械按钮（10），按钮（10）包含驱动模块（200）的机械键盘-（203）；护栏（9）内侧连接驱动模块（200）的控制模块（11），控制模块（11）包含单片机ARDUNIO UNO-（201）和继电器SRD-05VDC-SLC T73-（202）相关的电路板，所有电路走线在床架（1）中的钢管内完成。背部床板（4）分为左、中、右（4-1、4-2、4-3）三块，下面依次连接电动推杆-（205.1-3），腿部床板（6）下面连接电动推杆-（205.1-4）。电动推杆-（205.1-4）以及电缸-（206.1-4）封闭并安装在床架（1）下方。

参见图4，多功能护理床主管理器模块（100）包括一主管理器S5P4418-（101）；一与云端服务器模块-（300）相连的WIFI模块-（102）；一与所述主管理器（101）连接的LCD主显示触摸屏TN92-（103）；一与所述主管理器（101）连接的摄像头-（104），用来监控用户情况，远程控制床体；一与所述主管理器（101）通过UART1串口连接的驱动控制模块（200）的单片机ARDUNIO UNO -（201）；所在单片机-（201）通过IO口连接的5V继电器SRD-05VDC-SLC T73-（202），一与继电器-（202）连接的机械键盘-（203），机械键盘-（203）连接四个电缸-（204.1、204.2、204.3、204.4），四个电缸分别连接四个电动推杆（205.1、205.2、205.3、205.4），电动推杆分别连接如图3所示的左背部床板（206.1），中背部床板（206.2），右背部床板（206.3），腿部床板（206.4），各个床板的主要功能是可分别实现控制脚部床板的升降，背部床板的升降和背部床板的侧向翻转。

各个床板的控制采用HT型电动机械推杆（205.1-4），电动推杆（205.1-4）如图5所示。电动推杆-（205.1-4）线性执行器是一个将低压直流电机（205-a）的旋转运动转换成线性运动的装置——以此实现推杆的推拉动作。电动推杆的电机（205-a）、推杆（205-b）和控制装置（205-c）等机构组成的一种新型直线执行机构，可以实现远距离控制、集中控制。电动推杆（205）在一定范围行程内作往返运动。电动推杆（205）可以根据不同的应用负荷而设计不同推力的电动推杆，其最大推力可达6000N，空载运行速度为4mm~35mm/s,电动推杆以24V/12V 直流永磁电机为动力源，把电机（205-a）的旋转运动转化为直线往复运动。推动一组连杆机构来完成挡板切换工作。

控制电动推杆（205）的电缸（204）位于床板（1）下方和床体支撑腿（14）内部。参考图3和图6。背部床板（4）纵向分为三个部分：左，右背板（4-1、4-3）和中背板（4-2）。背部床板（4）、腿部床板（6）以及四个床支撑腿（14）内部均装有电机。通过分别控制左，右背板（4-1、4-3）、中背部床板（4-2）、腿部床板（6）下方的电机（205-a）实现床体变形以满足睡姿、半躺和坐姿的需求；单独调节左右背部床板（4-1、4-3）下方的电机（205-a）实现辅助翻身功能。

床体支背运的动机构是一个动力源直接连接执行的连杆机构，动力源为是图5中的电动推杆（205-2）。参考图8，电动推杆（205-1）与推杆焊件（24-1）连接，而另一端连接推杆关节（23-1），推杆焊件（24-1）与背板（4）连接。电动推杆（205-2）与推杆焊件（24-2）连接，而另一端连接推杆关节（23-2），推杆焊件（24-2）直接与床架焊件（22）连接。电动推杆（205-3）与推杆焊件（24-3）连接，而另一端连接推杆关节（23-3），推杆焊件（24-3）与中背板（4-2）连接。左背板（4-1）和右背板（4-3）均通过铰链与中背板（4-2）连接。中背部床板（4-2）通过铰链与床架（1）连接。电动推杆（205-2）推动推杆关节（23-2），推杆关节（23-2）直接推动中背板（4-2）的铰接点顺时针转动，中背板（4-2）带动左背板（4-1）和右背板（4-3）同时转动，完成轮椅床的支背动作。该结构可以有效地利用力，同时因为将床板直接与动力源相连，结构简单，制造也相对方便。床体支背机构最大可以向上转动85°。

床体曲腿运动机构参考图6和图7，电动推杆（205-4）与床架焊件（22）连接，而另一端连接推杆关节（26）。推杆关节（26）另一端与腿部推杆（21）连接，腿部推杆（21）另一端与腿部推杆焊件（27）连接。电动推杆（205-4）推动推杆关节（26），推杆关节（26）绕固定轴转动，进而推动腿部推杆（21），此结构转变了力的方向。腿部推杆（21）推动腿部推杆焊件（27），使得小腿床板绕铰链逆时针抬起，大腿部床板绕铰链顺时针抬起，从而达到曲腿的目的。上曲腿可下折90°，下曲腿可折45°。

床体的翻身机构由两个电动推杆（205-1、205-3）动力源支持，侧翻传动机构参考图8，电动推杆（205-1）与推杆焊件（24-1）连接，而另一端连接推杆关节（23-1），推杆焊件（24-1）与中背板（4-2）连接，推杆关节（23-1）与左背板（4-1）连接，故用户向右侧进行翻身时，电动推杆（205-1）推动推杆关节（23-1），推杆关节（23-1）直接推动左背板（4-1）的铰接点顺时针转动，中背板（4-2）和右背板（4-3）保持不动。用户向左侧进行翻身时，电动推杆（205-3）推动推杆关节（23-3），推杆关节（23-3）直接推动右背板（4-3）的铰接点顺时针转动，左背板（4-1）和中背板（4-2）保持不动。从而完成用户的侧翻需求。左、右背板（4-1、4-3）最大旋转角度可达80°。

主管理器S5P4418-（101）位于图1中显示装置（12）。作为主要的嵌入式管理***，通过UART1串口连接位于图1护栏9内部机械模块11的单片机ARDUNIO UNO -201，控制智能床的机械运动。同时，连接LCD主显示触摸屏TN92-103，显示与操作各种机械功能。

单片机ARDUNIO UNO-201主要用于控制实现床体变形和辅助翻身等机械功能。机械控制模块实现过程如图9所示。首先进行***单片机初始化：***时钟为16MHZ；串口0初始化：将P0和P1作为串口0的 TXD/RXD，设置波特率为9600，用于与主控制器TQ210之间的通，将IO口P1、P2、P3 作为床体升降辅助信号，P4、P5、P6、P7作为床体变形控制信号，将P8、P9作为辅助翻身控制信号。获取数据之后进入程序串口中断，进行机械控制数据包解析并判断包是否有效、完整，将有效的机械控制信号存入缓存中，置位标志位并且关中断。接收完数据后根据机械控制信号发出相应的IO口控制信号。发出控制信号之后，标志位重新置0并打开串口中断，等待下一组机械控制信号的读取。

所述的机械控制数据包格式为“0x01+床体升降信号+0X02+床体变形信号+0X03+辅助翻身信号+0X23”，床体升降信号为1个字节，床体变形信号为1个字节，辅助翻身信号为1个字节，共9个字节。

机械功能还可以通过机械键盘-203控制位于护栏8内侧连接机械按钮10。界面如图10所示。

如图1所示。显示装置12连接线位于连接杆内部，不使用时可折叠连接杆，将显示装置12隐藏于护栏8外侧。

主管理***-100硬件为ARM Cortex-A9四核S5P4418处理器，内存为1GB DDR3。软件基于Android 4.4操作***，开发环境为Android Studio，开发语言为JAVA。网络通信基于volley框架，主要包括智能操控模块、娱乐影音模块、数据上传模块，以及预留待开发的生理参数监测模块。网络通信基于volley框架。如图11所示。

智能操作模块控制护理床的形变功能，主管理器通过利用android-serialport-api发送数据，并通过开发板的串口UART1接收数据，实现帮助使用者翻身、抬高角度、变形为座椅等所有护理床的功能。如图12,多种模式可供选择。其中腿部床板4与水平呈15°，有恢复疲劳的作用；背部床板2,3可与水平呈10°夹角，可辅助深度睡眠；背部床板与水平呈50°，腿部床板与水平呈80°时，属于休闲模式；背部床板与水平呈80°，腿部床板与水平呈60°则为阅读模式；背部床板与水平呈60°，腿部床板也与水平呈60°的时候，为看电视的状态；背部床板与水平呈35°-50°的时候，呈现卧位排便的姿态；背部床板与水平呈75°，可达到抬背的状态；背部床板与水平呈75°，腿部床板与水平呈65°时，呈坐起的状态；腿部床板与水平呈45°，可以达到曲腿的目的；背部床板与水平呈75°，再加上小桌板，提供吃饭的功能以及监测生理参数；背部床板,臀部床板，腿部床板，脚部床板可以放平，呈现平躺侧睡的状态。

智能操作模块分为触摸控制，语音操控和手机远程控制三种模式。触摸控制的实现通过JAVA中创建SerialPort对象，参数包括打开的串口名称"/dev/ttyAMA0"、波特率115200和标志位0，然后根据SerialPort对象得到FileOutputStream对象，用户通过点击界面listview控件上的各种场景item，主管理器将String类型“AA+（item编号）+BB”转成十六进制byte数组写入FileOutputStream，通过串口发送给单片机，单片机根据接收的数据解析出item编号，根据item编号输出脉冲信号控制床体变形等运动，达到各种场景所需要的床体最舒服的角度。

语音操控的实现通过调用科大讯飞开源sdk，实现过程为申请appid，通过appid请求服务器提供服务，创建SpeechRecognizer对象，启动服务听写时传InitListener，接着设置听写参数，参数包括服务类型iat（听写）、语言zh_cn（中文）和mandarin（普通话），最后设置回调接口，在onResult（）方法里得到String类型的识别结果，根据识别结果模拟用户按键，用户通过说话也可以控制床体升降，调整至场景最适合的角度。

手机远程控制模式通过手机APP控制摄像头-104实现，手机APP的控制界面如图13-14所示。首先启动服务BridgeService，接着初始化服务器NativeCaller.PPPPInitial，然后初始化回调NativeCaller.Init();之后开启p2p连接StartPPPP，p2p返回在线之后开启视频流(视频画面)StartPPPPLivestream，得到视频画面之后，创建socket对象，参数为服务器IP地址139.129.32.240和接口4900，然后根据socket得到InputStream和OutputStream对象，包装为BufferReader和BufferWriter对象，写入BufferWriter两条信息，第一条表示自己是被控制设备“bed”，第二条表示自己的id“00001”。BufferReader用来读取服务器返回的数据，根据服务器返回的数据来模拟用户按键，控制床体变形等各项机械运动。退出时将关闭视频流StopPPPPLivestream ，断开p2p连接StopPPPP ，最后释放p2p资源 NativeCaller.Free()。使得家属出门在外也可以实时的看到用户的情况，防止老人发生危险，帮助用户进行翻身等操作。

娱乐影音模块是为了丰富用户生活，增加用户能够在床上娱乐休息的活动。界面如图15所示。为了解决用户的视听需求，设计了播放电影的功能，定义FileUtils类，实现createChooser（）方法，调用startActivityForResult（）方法，在onActivityResult（）里得到用户选择路径的URI，将URI传入VideoView，即可实现视频播放。用户可以从本机或者SD卡中选择电影，然后再点击播放，即可观看电影。为了方便卧床的用户及时与家人通话，本模块添加了语音通话功能，调用第三方软件skype实现视频通话功能。

数据上传模块和云端的通信采用Volley框架，将用户的个人信息和翻身、大小便等情况上传给云端。云端和手机之间通过sevelet-301,采用socket通信，用来远程监控用户的情况，防止用户发生危险。

云端服务模块-300基于阿里云云服务器ECS，操作***选用Linux***Cent OS7.0 64位。该服务器配置Java虚拟机和轻量级Apache Java Web应用服务器，开放8080端口供与下位机之间的通信。该服务器所配Java开发环境为1.8.0_65，所配web应用服务器为Tomcat 7.0。本作品所用关系型数据库配置于该服务器上，本作品数据库***采用MySQL数据库，版本为5.7.10 MySQL Community Server (GPL)。本发明使用的服务器端程序部署于Tomact中。

数据库-304设计所述的关系型数据库***安装在所述的Linux服务器上，通过控制器-302使用3306端与服务器端程序通信。

模型-303包含用户基本信息表、参数记录表、病历表、用药记录表、大小便记录表、翻身记录表、家属信息表、家属用户关系映射表和管理员信息表。

用户信息表：（身份证号，姓名 varchar(10)，密码，年龄 int(3)，性别 varchar(1)），参数记录表（身份证号，添加时间，体温，舒张压，收缩压，平均压，血氧，血糖，心率），病历表（身份证号，添加时间，病历内容 varchar(500)），用药记录表（身份证号，添加时间，用药名字 varchar(20)），大小便记录表（身份证号，添加时间），翻身记录表（身份证号，添 加时间），家属信息表（身份证号，姓名 varchar(10)，密码 varchar(32)，手机号码varchar(11)），用户家属关系映射表（记录号 int(8)，用户身份证号，家属身份证号）。

多功能护理床数据库中数据表中身份证号字段使用长度为18位的varchar类型，时间类字段均使用timestamp类型，密码类字段使用长度为32的varchar类型，对密码采用32位加密方法，参数类字段的类型使用float类型。

服务器端程序是使用Java EE技术编写的应用程序，使用轻量级Java EE架构，使用Spring MVC+Spring+Hibernate整合开发，该架构分为Domain Object（领域对象）层、DAO（Data Access Object，数据访问对象）层、业务逻辑层、控制器层和表现层。Domain Object层对应数据库中用户表、参数记录表、用药记录表、翻身记录表、大小便记录表、病历表、家属表等数据表。DAO层使用JDBC与数据库进行通信，并且使用Hibernate实现对象关系映射，在这一层实现Domain Object的创建、查询、更新和删除等操作。业务逻辑层中实现验证账号、加密、解析数据包、计算参数平均值等业务逻辑操作。控制器层拦截下位机和网页传来的用户请求，根据下位机和网页传来的action调用业务逻辑组件中相应的的业务逻辑方法，处理用户请求并返回所需数据。表现层由一系列html页面组成，用于所述云端服务模块中持久化数据的查看和用户注册等功能。

服务器端表现层由一系列的html页面组成，用于用户使用浏览器查看信息。本作品的表现层html页面与服务器端程序通信的方式为AJAX，采用POST提交方式。html页面使用jQuery生成页面元素、表现页面动画和编写AJAX方法。

在数据传输中，用户端与网页和所述服务器端应用程序间的通信全部采用HTTP协议，以POST方式提交数据，数据封装使用JSON格式，不同数据的提交为其编写不同的action和控制器。

网页使用AJAX和服务器端程序进行通信，AJAX使用XMLHttpRequest在后台与服务器交换数据，可以在不重新加载整个网页的情况下，对网页的某部分进行更新。jQuery调用的AJAX post方法$.post(URL,data,callback)包含三个主要参数url、data和callback。url是服务器端相应方法地址，data封装发送给服务器端的Json格式的数据，callback参数是请求成功后所执行的函数名，在该函数中使用返回的http内容对网页相应部分进行更新。

服务器端与用户端通信使用由谷歌发布的Volley通信框架，该框架封装了列的HTTP方法。下位机向服务器端应用程序发送数据的JSON格式为：

用户信息：｛”action”:action,”id”:身份证号,”name”:姓名, “age”:年龄,“gender”:性别｝;

参数记录：{“action”:action, “id”:身份证号,”time”:”YYYY-MM-DD HH:MM:SS”,”bodytemperature”:”体温”,”SBP”:”收缩压”,”DBP”:”舒张压”,”ABP”:”平均压”,”bloodoxygen”:”血氧”,”bloodglucose”:”血糖”,”heartrate”:”心率”}；

翻身记录、大小便记录：{”action”:action, “id”:”身份证号”,”time”:”YYYY-MM-DDHH:MM:SS”}；

用药记录：{“action”:action, “id”:”身份证号”,”time”:”YYYY-MM-DD HH:MM:SS”,”medicinename”:药名}；

病历记录：{“action”:action, “id”:”身份证号”,”time”:”YYYY-MM-DD HH:MM:SS”,”content”:病历内容}；

服务器端应用程序向下位机和数据查询网页传送数据的JSON格式为：

用户基本信息使用JsonObject对象，格式为：{“id”:id,”name”:姓名,”age”:年龄,”gender”:性别}。

以下，结合具体用户场景进行实施方案阐述：

用户场景1:通过触摸控制实现床体形变，达到睡眠模式。

首先，用户在图11中手指点击选择机械功能设置，选择如图12所示的睡觉功能，主管理器S5P4418-101通过串口将指令发送给单片机ARDUNIO UNO-201，机械控制模块-200接受指令，控制图5中床底的电缸，电缸控制图7所示的电动推杆，电动推杆（205-2）推动推杆关节（23-2），推杆关节（23-2）直接推动中背部床板（4-2）的铰接点顺时针转动，使如图3中的背部床板（4）与水平呈10°夹角，可辅助深度睡眠。

用户场景2: 通过语音操控实现床体形变，达到排便模式。

首先用户用普通话说出“排便”，主管理器S5P4418-101调用科大讯飞开源sdk进行语音识别，并根据识别结果模拟用户按键，控制如图5所示的电缸与如图7所示的电动推杆，电动推杆（205-2）推动推杆关节（23-2），推杆关节（23-2）直接推动中背部床板（4-2）的铰接点顺时针转动，背部床板与水平呈35°-50°的时候，呈现排便的姿态。

用户场景3: 通过远程操控实现床体形变，达到坐起模式。

首先，用户登录手机app，进入如图14所示的登录界面，输入设备ID，用户名以及密码以后，则可以进入手机功能选择界面选择坐起，服务器根据返回的数据模拟用户按键。控制如图5所示的电缸与如图7所示的电动推杆，电动推杆（205-2）推动推杆关节（23-2），推杆关节（23-2）直接推动中背部床板（4-2）的铰接点顺时针转动。电动推杆（205-4）推动推杆关节（26），推杆关节（26）绕固定轴转动，进而推动腿部推杆（21），腿部推杆（21）推动腿部推杆焊件（27），使得小腿床板绕铰链逆时针抬起，大腿部床板绕铰链顺时针抬起，使得腿床板逆时针抬起，和臀部床板的顺时针抬起，背部床板与水平呈75°，腿部床板与水平呈65°时，呈坐起的状态。通过摄像头-104，开启视频流，也可以实时看到用户的情况。

以上所述仅仅表达了本发明对于各种功能模块的创新和集成使用，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和该进，这都属于本发明的保护范围。因此本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种基于ARM***的智能多功能护理床，包括床体机械部分（Ⅰ）以及基于ARM的智能控制***（Ⅱ），其特征在于：所述床体机械部分（Ⅰ）包括床架（1）和床垫（16），床架（1）的两侧均设有护栏（8、9），床架（1）包括一个床头板（2）、一个床尾板（3）、四个底部支撑腿（14）、三个背部床板（4）、二个臀部床板（5）、一个腿部床板（6）和一个脚部床板（7），所述背部床板（4）、臀部床板（5）、腿部床板（6）和脚部床板（7）依次位于床头板（2）和床尾板（4-3）之间；背部床板（4）的左背板（4-1）与中背板（4-2）通过铰链相连，右背板（4-3）与中背板（4-2）通过铰链相连，中背板通过铰链直接与床架（1）相连；床架（1）下方装有四个电动推杆甲乙丙丁（205-1、205-2、205-3、205-4），分别连接驱动左中右三个背部床板（4-1、4-2、4-3）和腿部床板（6）；该四个电动推杆甲乙丙丁（205-1，205-2，205-3，205-4）分别由四个电缸甲乙丙丁（204-1、204-2、204-3、204-4）驱动实现“支背”、“曲腿”和“翻身”的机械控制功能；所述基于ARM（Ⅱ）的智能控制***包括主管理器模块（100）、驱动控制模块（200）和云端服务模块（300）；所述的主管理器模块（100）分别连接驱动控制模块（200）和云端服务模块（300），驱动控制模块（200）连接控制所述的电缸甲乙丙丁（204-1、204-2、204-3、204-4）。

2.根据权利要求1所述的基于ARM***的智能多功能护理床，其特征在于：所述“支背”的运动机构是一个电缸乙（204.2）直接连接执行的电动连杆机构：一个电动推杆乙（205.2）推动一个推杆关节（23-2），推杆关节（23-2）直接推动中背板（4-2）,使中背板（4-2）顺其与床架（1）的铰接点转动，中背板（4-2）带动左背板（4-1）和右背板（4-3）同时转动，完成轮椅床的“支背”动作；“支背”机构最大可以向上转动85°。

3.根据权利要求1所述的基于ARM***的智能多功能护理床，其特征在于：所述“曲腿”的运动机构是：电缸（204.4）直接连接执行的电动推杆丁（205-4），电动推杆丁（205-4）连接而推动一个推杆关节（26），推杆关节（26）安装于一个固定轴（26-1）而绕其转动，进而连接推动一个腿部推杆（21），腿部推杆（21）推动腿部推杆焊件（27），使得腿部床板（6）绕铰链逆时针抬起，脚部床板（7）绕铰链顺时针抬起，从而达到曲腿的目的，上曲腿可下折90°，下曲腿可折45°。

4.根据权利要求1所述的基于ARM***的智能多功能护理床，其特征在于：所述“翻身”的运动机构是：由电缸甲（204.1）直接连接执行的电动推杆甲（205-1），用户向右侧进行翻身时，电动推杆甲（205-1）连接推动一个推杆关节（23-1），推杆关节（23-1）连接推动一个左背板（4-1），使左背板（4-1）抬起；用户向左侧进行翻身时，电动推杆（205-3）连接推动一个推杆关节（23-3），推杆关节（23-3）直接连接推动右背板（4-3），使右背板（4-3）抬起，从而完成用户的侧翻需求；左、右背板（4-1、4-3）最大旋转角度可达80°。

5.根据权利要求1所述的基于ARM***的智能多功能护理床，其特征在于：所述主管理器模块（100）包括主管理器S5P4418 （101），WIFI模块（102）、主显示屏模块TN92（103）和主摄像头（104），所述主管理器模块-100基于嵌入式管理***ARM Cortex-A9四核S5P4418处理器，内存为1GB DDR3, 搭载Android4.4***,开发环境为Android Studio，主管理器模块（100）通过UART串口控制与所述的机械控制模块的单片机ARDUNIO UNO-201进行双工通信，通过WIFI模块（102）与云端服务模块（300）基于volley框架进行通信；LCD主显示模块TN92（103）与主管理器（101）相连，可显示并操作各种机械功能。

6.根据权利要求5所述的基于ARM***的智能多功能护理床，其特征在于：所述主管理器模块（100）软件部分包括智能操控模块、娱乐影音模块和数据上传模块，以及待完成的生理参数监护模块；

智能操控模块是多功能护理床的最基本模块，其实现通过主管理器S5P4418 （101）利用android-serialport-api发送数据，床通过开发板的串口UART1接收数据，并根据人体工程学设计不同的姿势，实现帮助使用者翻身、抬高角度、变形为座椅等所有护理床的功能；智能操控模块分为三个模式：触摸模式、语音模式和远程模式。

7.根据权利要求1所述的基于ARM***的智能多功能护理床，其特征在于：所述驱动控制模块（200）包括单片机ARDUNIO UNO（201），继电器SRD-05VDC-SLC T73（202）和机械键盘（203），四个电缸甲乙丙丁（204-1、204-2、204-3、204-4）四个电动推杆甲乙丙丁（205-1、205-2、205-3、205-4），以及左、中、右三块背部床板以及一块腿部床板（206.1、206-2、206-3、206-4），实现“支背”、“曲腿”、“翻身”机械动作，单片机ARDUNIO UNO（201）通过IO口控制5V继电器SRD-05VDC-SLC T73（202），继电器连接机械键盘（203），机械键盘连接四个电缸甲乙丙丁（204-1、204-2、204-3、204-4），四个电缸甲乙丙丁分别连接四个电动推杆（205-1、205-2、205-3、205-4），电动推杆分别连接智能护理床的左、右、中部背板和腿部背板（206-1、206-2、206-3、206-4），从而控制智能床的“支背”、“曲腿”、“翻身”等运动；主管理器模块（100）连接WIFI模块（102），并通过HTTP与所述的云端服务模块（300）进行连接。

8.根据权利要求7所述的基于ARM***的智能多功能护理床，其特征在于：所述单片机ARDUNIO UNO（201）内植入机械装置控制模块，主要用于实现床体变形和辅助翻身等机械功能，单片机初始化，通过判断串口0接受中断是否有值，进行机械控制数据包解析并判断包是否有效、完整，将有效的机械控制信号存入缓存中，置位标志位并且关中断，进而等待下一组机械信号的读取。

9.根据权利要求1所述的基于ARM***的智能多功能护理床，其特征在于：所述云端服务模块（300）采用阿里云云服务器ECS，操作***选用Linux***Cent OS 7.0 64位；该服务器配置Java虚拟机和轻量级Apache Java Web应用服务器，所使用的关系型数据库配置于该服务器上，采用MySQL数据库，版本为5.7.10 MySQL Community Server，服务器端程序部署于Tomact中；服务端主要功能是提供用户数据信息的持久化服务和数据查询功能。