智能恒温振动的早产儿水床及其控制方法

摘要

本发明公开一种智能恒温振动的早产儿水床，包括水床本体、微处理器控制单元、恒温水箱、冷却水系统和水流产生系统；恒温水箱上设有管道连通至水床本体和水流产生系统，恒温水箱内安装有温度传感器、加热器和搅拌器；水流产生系统中设有第一电机和第二电机，以及分别由第一电机和第二电机驱动的第一水泵和第二水泵；冷却水系统中设有冷水箱、第三电机和第三水泵，第三水泵分别连接于第三电机、冷水箱和恒温水箱；微处理器控制单元分别控制温度传感器、加热器、搅拌器、第一电机和第二电机和第三电机。本发明既可以保温，又可以按医嘱适时自动调温，同时还能模拟母体子宫，给早产儿提供舒适环境的智能医疗设备很有必要。

说明书

技术领域

本发明涉及医学设备检测技术，具体涉及一种基于嵌入式系统的早产儿水床的恒温控制和模拟母体子宫环境的水流控制的技术。

背景技术

嵌入式系统具有功耗低、体积小和专用性强等优点，它与工业控制计算机最大的不同就是嵌入式CPU大多工作在为特定用户群体设计的系统中，能够把工控机中许多由板卡完成的任务集成在芯片内，从而有利于设计的嵌入式系统趋于小型化。

早产儿由于下丘脑体温调节中枢发育不成熟，加之皮肤的敏感性，恒温环境对早产儿来说十分必要，温度稍微超过他能承受的范围就会导致其皮肤烧伤，或是温度太低极易导致其死亡。

目前，国内外已有的早产儿保温箱可以对早产儿温度进行调节，但存在以下缺点：(1)长时间处在恒温环境，不利于早产儿自身调温中枢发育，不利于提高其环境适应能力；(2)保温箱环境闷热，易导致早产儿出汗多，产生湿疹、热痱子，挠后皮肤破损。(3)不能给早产儿以母体的安全感。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种智能恒温振动的早产儿水床及其控制方法，本发明既可以保温，又可以按医嘱适时自动调温，同时还能模拟母体子宫，给早产儿提供舒适环境的智能医疗设备很有必要。

技术方案：本发明一种智能恒温振动的早产儿水床，包括水床本体、微处理器控制单元、恒温水箱、冷却水系统和水流产生系统；所述恒温水箱上设有管道连通至水床本体和水流产生系统，恒温水箱内安装有温度传感器、加热器和搅拌器；所述水流产生系统中设有第一电机和第二电机，以及分别由第一电机和第二电机驱动的第一水泵和第二水泵，第一水泵和第二水泵的另一端均分别通过管道连接于水床本体；所述冷却水系统中设有冷水箱、第三电机和第三水泵，第三水泵分别连接于第三电机、冷水箱和恒温水箱；所述微处理器控制单元分别控制温度传感器、加热器、搅拌器、第一电机和第二电机和第三电机；所述加热器将恒温水箱中的水加热；搅拌器将恒温水箱中的水进行搅拌使得水温变得均匀；温度传感器周期性采集恒温水箱中的水温数据反馈至微处理器控制单元，微处理器控制单元根据所收到的水温数据来控制加热器是否继续加热、控制是否需要将冷水箱中的注入恒温水箱以及控制是否将恒温水箱中的水注入水床本体中。

进一步的，所述水床本体呈半橄榄球形状且四周高中间低，形似鸟巢，并设有进出水口的成型中空软质水袋。

进一步的，所述第一水泵、第二水泵和第三水泵分别通过管道与恒温水箱连通。

本发明还公开了一种智能恒温振动的早产儿水床的控制方法，依次包括以下步骤：

(1)微处理器控制单元定期(例如可以设定为100ms到10s之间，根据实际需要在程序中人为设定)采集温度传感器的水温信息，并将数据传送至嵌入式微处理器控制单元；

(2)嵌入式微处理器控制单元处理上述数据后，根据设定或遵医嘱定时调整在控制算法作用下对恒温水箱和冷却水系统进行控制，采取加热或是降温处理；

(3)根据医嘱的按摩时间、时长和强度，控制水流产生系统在水床本体内产生一定的流力场，对早产儿产生轻柔的抚触与按摩。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)体积小、功耗低，并能够进行实时监测；

(2)人机交互友好，操作简单；

(3)能够实现对温度及时采集、按医嘱定时调整并控制；

(4)能够模拟母体子宫环境，为早产儿生长发育提供良好环境。

附图说明

图1为本发明的硬件结构示意图；

图2为本发明的鸟巢式水床外形示意图；图2(a)为俯视图；图2(b)为侧视图；图2(c)为侧视图；

图3为本发明的整体工作流程图；

图4为实施例中的温度控制示意图；

图5为实施例中的流力场产生流程图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

如图1所示，本发明一种智能恒温振动的早产儿水床，包括水床本体、微处理器控制单元、恒温水箱、冷却水系统和水流产生系统；恒温水箱上设有管道连通至水床本体和水流产生系统，恒温水箱内安装有温度传感器、加热器和搅拌器；水流产生系统中设有第一电机和第二电机，以及分别由第一电机和第二电机驱动的第一水泵和第二水泵，第一水泵和第二水泵的另一端均分别通过管道连接于水床本体；冷却水系统中设有冷水箱、第三电机和第三水泵，第三水泵分别连接于第三电机、冷水箱和恒温水箱；微处理器控制单元分别控制温度传感器、加热器、搅拌器、第一电机和第二电机和第三电机；加热器将恒温水箱中的水加热；搅拌器将恒温水箱中的水进行搅拌使得水温变得均匀；温度传感器周期性采集恒温水箱中的水温数据反馈至微处理器控制单元，微处理器控制单元根据所收到的水温数据来控制加热器是否继续加热、控制是否需要将冷水箱中的注入恒温水箱以及控制是否将恒温水箱中的水注入水床本体中。

上述水床本体为鸟巢式水床即呈半橄榄球形状、四周高中间低，形似鸟巢，并设有进出水口的成型中空软质水袋，其外形示意如图2。

其中，嵌入式微处理器控制单元能够实现同步显示水箱温度、电机转速，温度变化曲线，控制继电器开关，继而控制加热器。因加热器不可直接接触早产儿，故恒温水箱负责为水床提供恒温水源，内部包含温度采集器，以及加热设备，加热设备的断开与关闭由继电器控制。当恒温水箱内的温度高于设定温度时，冷却水系统启动，并且开始工作。如图5所示，通过在FLUENT软件上对流力场进行建模，采集早产儿水床器壁压力，嵌入式微处理器设定第一电机和第二电机的转速，进而实现对早产儿按摩的功能，其中，建模采用现有技术在专用软件中建模。报警设备一般为蜂鸣器，包括在微处理器控制单元中，报警信号可同时经通讯总线延伸至护士站，图5中LCD显示是人机交互系统的一部分，人机交互还包括定制键盘或按钮，上述蜂鸣器等，人机交互软件界面在LCD显示。

如图3和图4所示，具体的工作原理为：

微处理器控制单元控制第三电机驱动第三水泵将冷水箱中的水注入恒温水箱中，然后微处理器控制单元控制加热器将恒温水箱中的冷水加热，加热的过程中搅拌器将恒温水箱中的水温搅拌均匀，温度传感器实时采集水温数据传输至微处理器控制单元，当恒温水箱中的水温达到设定温度后，微处理器控制单元控制第一电机和第二电机分别驱动第一水泵和第二水泵将恒温水箱中的水以不同的流速注入水床本体，并在水床本体内产生一定的流力场，模拟母体子宫羊水流动，从而对早产儿产生轻柔的抚触与按摩。

上述智能恒温振动的早产儿水床的控制方法，依次包括以下步骤：

(1)微处理器控制单元定期采集温度传感器的水温信息，并将数据传送至嵌入式微处理器控制单元；

(2)嵌入式微处理器控制单元处理上述数据后，根据设定或遵医嘱定时调整在控制算法作用下对恒温水箱和冷却水系统进行控制，采取加热或是降温处理；

(3)根据医嘱的按摩时间、时长和强度，控制水流产生系统在水床本体内产生一定的流力场，对早产儿产生轻柔的抚触与按摩。

实施例1：

步骤1：将温度传感器放入恒温水箱中，根据医嘱，在ARM微处理器控制单元设置早产儿鸟巢式水床所需温度，并且设定采集数据间隔时间。

步骤2：将温度传感器采集的数据发送到ARM微处理器控制单元，并且在ARM微处理器控制单元上自带的LCD显示屏上进行温度显示。

步骤3：ARM微处理器控制单元根据采集来的数据和设定温度值进行比较。如果低于设定值，则继电器开关闭合，加热器开始工作，开始对恒温水箱内的水进行加热；如果高于设定值，则会启动报警装置，并且启动降温系统，嵌入式微处理器控制单元通过控制电机的继电器开关，使第三电机开始工作，进而启动第三水泵，加入冷水都恒温水箱中进行降温。从而保证恒温水箱4中的水温始终是恒定的。

步骤4：当恒温水箱中的水温达到嵌入式微处理器控制单元中的设定值时，嵌入式微处理器控制单元控制的第一电机和第二电机开始工作，通过第一水泵和第二水泵往早产儿鸟巢式水床内抽水。

步骤5：通过对早产儿鸟巢式水床内的流力场进行模型建立，嵌入式微处理器控制单元通过对早产儿鸟巢式水床内的器壁表面压力采集，与医嘱的设定值进行比较，嵌入式微处理器控制单元分别调节第一电机和第二电机的转速，进而控制第一水泵和第二水泵的抽水速度，根据医嘱设定间隔时间，达到定时给早产儿按摩的功能。

步骤6：早产儿水床内的水通过出水口流入到恒温水箱内，实现早产儿鸟巢式水床和恒温水箱的水循环。

重复上述1-6步骤。

实施例2：

在实施例1的基础上，选择单片机系统替代实施例1中的ARM微处理器。