基于智能護(hù)理床的多功能床頭設(shè)計(jì)

李姝麗 郭炘延 李昌祺 李星月 張子怡 朱成龍 方長(zhǎng)安

摘要：該多功能床頭主要采用STM32F407ZGT6主控板將集成式小型冰箱、加濕器、空氣凈化器、輸液架、床頭燈、床頭桌、拐杖凳、自動(dòng)語音提醒系統(tǒng)集合于一體，在合理運(yùn)用家用電器的同時(shí)既保證人們的生活質(zhì)量又充分利用了空間。另外，供電與動(dòng)力系統(tǒng)單元化、模塊化的設(shè)計(jì)使得多項(xiàng)功能協(xié)調(diào)運(yùn)作，各項(xiàng)功能均通過觸摸控制器予以實(shí)現(xiàn)對(duì)床頭各項(xiàng)功能的智能控制。多功能床頭操作方便，提高了床頭的舒適度，豐富了床頭的功能，適宜于現(xiàn)有家庭生活環(huán)境。

關(guān)鍵詞：STM32F407ZGT6主控板;觸摸控制器;智能床頭

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）14-0056-02

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，市場(chǎng)也在不斷變化，各種各樣的產(chǎn)品也隨著市場(chǎng)的發(fā)展不斷走向智能化，而床作為我們?nèi)粘Ｉ钍褂妙l率最高的家具，對(duì)我們的健康和生活都起著至關(guān)重要的作用。尤其是用于老年人的護(hù)理床，床頭功能單一，難以達(dá)到精準(zhǔn)護(hù)理的要求，很難提供較為舒適健康的環(huán)境，雖然其中也不缺乏智能化的產(chǎn)品，但也難以充分滿足人們的個(gè)性化需求，且市面上較多智能產(chǎn)品相對(duì)比較難操作。

為了改善這些問題，該設(shè)計(jì)研究智能化相關(guān)技術(shù)，設(shè)計(jì)了一款操作簡(jiǎn)單，功能多樣的智能床頭，相較于普通床頭，該項(xiàng)目在設(shè)計(jì)上使產(chǎn)品更加貼近用戶的生活，創(chuàng)新性地把多項(xiàng)功能結(jié)合在一起 且均為觸屏，易于操作。在傳統(tǒng)中進(jìn)行突破，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的智能化升級(jí)，為人們帶去了便利。

1整體結(jié)構(gòu)理念

2017年國(guó)務(wù)院發(fā)布了《深化審評(píng)審批制度改革鼓勵(lì)藥品醫(yī)療器械創(chuàng)新的意見》，旨在減小醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)上市產(chǎn)品質(zhì)量和國(guó)際先進(jìn)水平之間的差距。我們根據(jù)前期調(diào)查發(fā)現(xiàn)，隨著工作節(jié)奏加快，使得忙于工作的人們生活壓力不斷增大，免疫力低下，生病時(shí)缺少照顧，以及老年人群數(shù)量增加，尤其是老年人病中的護(hù)理時(shí)，一款功能強(qiáng)化的護(hù)理床尤其重要。我們?cè)O(shè)計(jì)了一款功能全而方便的智能床頭，設(shè)計(jì)中將硬件與軟件協(xié)調(diào)控制、相輔相成。

該智能床頭通過觸屏控制器可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，為需要儲(chǔ)存和冷藏的藥物、美妝用品提供了示溫可控冰箱，采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度，有DHT12數(shù)字溫濕度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)空氣溫濕度，以及具備可調(diào)節(jié)的空氣加濕凈化器，及時(shí)改善空氣質(zhì)量，并有三檔亮度可調(diào)升降式床頭燈，適用于多種環(huán)境。設(shè)計(jì)中將控制系統(tǒng)集成化、供電系統(tǒng)模塊化，在打造簡(jiǎn)約器械的同時(shí)，告別單一選擇，讓家具器械更加高效，便于人們的生活。

2機(jī)械模塊設(shè)計(jì)

機(jī)械模塊主要包括床頭桌及拐杖凳的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)運(yùn)用榫卯結(jié)構(gòu)，3D打印、鋁合金/亞克力板激光切割，沖壓彎折等技術(shù)。對(duì)零件不斷進(jìn)行設(shè)計(jì)、試用總結(jié)、改進(jìn)優(yōu)化，從而得到了一大批工作性能良好的零件，從而保證了整個(gè)項(xiàng)目的精度及運(yùn)行流暢度。同時(shí)，在該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過程中，我們用SolidWorks對(duì)關(guān)鍵的零部件進(jìn)行了有限元分析，根據(jù)實(shí)際加工形式進(jìn)行針對(duì)性優(yōu)化。最后，基于理論基礎(chǔ)設(shè)計(jì)出了實(shí)物的展示模型，最終基于理論分析及客戶需求調(diào)查統(tǒng)計(jì)完成了實(shí)物設(shè)計(jì)。

2.1床頭桌

圖1為床頭桌。因使用頻繁，移動(dòng)距離也相對(duì)較大，用傳統(tǒng)的電機(jī)設(shè)計(jì)很容易發(fā)生夾住雜物或人的危險(xiǎn)，故其設(shè)計(jì)采用手動(dòng)調(diào)節(jié)。床頭桌靜置時(shí)嵌入式位于床頭右側(cè)，采用旋轉(zhuǎn)移動(dòng)式手動(dòng)調(diào)節(jié)，去輔助使用者學(xué)習(xí)、看報(bào)和吃飯等日常所需，另外，桌周圍的擋板設(shè)計(jì)，使物體不易于滑落，更加的具有人性化。

2.2拐杖椅

在目前發(fā)生過的醫(yī)療事件中，摔倒很容易造成傷勢(shì)的加重，甚至造成不可逆轉(zhuǎn)的嚴(yán)重后果，因此我們?cè)O(shè)計(jì)的拐杖凳（圖2）。運(yùn)用了三角原理，在一定程度上增加了拐杖凳的穩(wěn)定性，降低危險(xiǎn)事故發(fā)生概率，同時(shí)，握把的設(shè)計(jì)采用人體工學(xué)設(shè)計(jì)原理，手感舒適、質(zhì)感細(xì)膩，讓使用者“穩(wěn)如磐石”。

3 控制模塊設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)指的是通過控制溫度傳感器、濕度傳感器、空氣質(zhì)量傳感器等各傳感器來采集周圍環(huán)境情況，將有效信息采集后經(jīng)過控制中心處理，最后實(shí)現(xiàn)對(duì)集成式小冰箱、加濕器、空氣凈化器、輸液架、床頭燈及自動(dòng)語言提醒系統(tǒng)的控制，讓智能床的使用更加便捷舒適，擺脫了傳統(tǒng)智能床頭的束縛，讓智能床頭變得更加多功能化。

3.1觸摸顯示屏

圖3為觸摸顯示屏，通過圖形用戶交互設(shè)計(jì)將所有控制系統(tǒng)的功能集合于一體。液晶控制器（分辨率：480×800）顯示屏配合XTP2046觸控芯片和外部SRAM芯片，微控制器通過STM32內(nèi)部外部的SRAM與液晶屏連接，就像是訪問內(nèi)存一樣的訪問控制器的GRAM顯存，提高了顯示屏屏幕的刷新速度。使用USART、I2C通信方式獲取環(huán)境信息并顯示，同時(shí)具備使用它能夠顯示當(dāng)前護(hù)理床和環(huán)境狀態(tài)以及控制所有功能開關(guān)，便于使用者學(xué)習(xí)操作，并提高了使用者的舒適度、安全性及護(hù)理者的便捷度，將人機(jī)交互充分展現(xiàn)。

3.2集成式小冰箱

由調(diào)查可知，像胰島素、抗生素等資源稀缺、造價(jià)昂貴的藥物大多均需儲(chǔ)存在低溫干燥的環(huán)境下，但目前市面上幾乎沒有一款智能床頭具有低溫儲(chǔ)存藥物的功能，因此一款可以儲(chǔ)存藥物并不造成二次藥品污染的設(shè)計(jì)就變得至關(guān)重要，而集成式小冰箱（如圖3）的設(shè)計(jì)其主要目的是為需要儲(chǔ)存和冷藏的藥物、美妝用品提供了示溫可控冰箱，該集成式小冰箱通過采用DS18B20溫度傳感器檢測(cè)顯示溫度，手動(dòng)設(shè)定最佳溫度，可自動(dòng)調(diào)節(jié)冰箱內(nèi)部溫度，以便使藥物處于最合適的溫度，避免因家用冰箱而造成的藥物二次污染，既能節(jié)省資源，又能提高藥性。小身材大容量，靈巧設(shè)置，充分利用了空間。

3.3加濕器

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，流行病多發(fā)期及死亡率高峰期均在干燥環(huán)境下。由此可見，預(yù)防流行病，一定要注意水分的供給，所以我們?cè)诖差^正上方左側(cè)添加了加濕器（圖4）。它采用DHT12溫濕度傳感器檢測(cè)空氣溫濕度，可自動(dòng)檢測(cè)并改善空氣濕度，當(dāng)空氣環(huán)境中的溫濕度低于某一設(shè)定值時(shí)，它就會(huì)自動(dòng)控制霧化片以實(shí)現(xiàn)加濕空氣環(huán)境的功能，方便加水，瞬間加濕，驅(qū)趕干燥，補(bǔ)水滋潤(rùn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)房間溫度的監(jiān)測(cè)，防止使用者中暑或感冒等，提高了使用者生活空間的空氣安全。

3.4 空氣凈化器

人體免疫機(jī)能相對(duì)薄弱時(shí)，空氣污染嚴(yán)重會(huì)引起人們氣管炎、肺炎等呼吸系統(tǒng)疾病，雖然開窗通風(fēng)可以實(shí)現(xiàn)空氣的流通，但依舊十分不利于人們的生活，但空氣凈化器（如圖4）便可以很好地解決這一問題，我們將它嵌入式置于床頭正上方右側(cè)，通過YW-51G粉塵傳感器對(duì)空氣質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，并用2097CN濾棉對(duì)空氣進(jìn)行凈化，為使用者提供良好的空氣環(huán)境，促進(jìn)代謝，與加濕器協(xié)調(diào)運(yùn)作共同改善床頭周圍空氣質(zhì)量，提升使用者的免疫機(jī)能。

3.5自動(dòng)語言提醒系統(tǒng)

在科技發(fā)展的今天，手機(jī)一代一代更新，但是手機(jī)里的備忘錄卻一直被人們使用著。備忘錄便攜，但記錄內(nèi)容越多越顯繁雜，且沒有實(shí)時(shí)提醒，基于人們對(duì)生活與學(xué)習(xí)的要求，該項(xiàng)目將自動(dòng)語言提醒系統(tǒng)作為本次設(shè)計(jì)突出的亮點(diǎn)。

該系統(tǒng)由芯片控制，選擇了帶揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)的WM8978作為編碼器芯片，加上SD存儲(chǔ)模塊以及LCD顯示模塊，構(gòu)成了提醒器的硬件系統(tǒng)，結(jié)合用戶輸入的信息，實(shí)現(xiàn)用戶的全方位提醒。使用者可以設(shè)置鬧鐘時(shí)間，將提醒的語音提前錄制，到達(dá)指定時(shí)間后，智能床頭便會(huì)按時(shí)進(jìn)行語音播報(bào)，提醒使用者。該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的實(shí)用性與適用性，就好像身邊始終跟隨著一位不用支付薪水的秘書，令使用者使用起來游刃有余。

3.6輸液架及床頭燈

輸液架的設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)輸液操作。同時(shí)，床頭燈具有三檔亮度可調(diào)節(jié)，通過改變通過LED的電流來實(shí)現(xiàn)亮度的調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同的使用需求，使得使用者在晚上無障礙起夜的同時(shí)，也可以不打擾到別人休息。除此之外，床頭燈還具有升降功能，運(yùn)用步進(jìn)電機(jī)與齒輪（圖5）的密切配合，使燈桿可以智能化上下運(yùn)作，以達(dá)到提升空間價(jià)值的作用。

4 總結(jié)

智能城市，智能社會(huì)是社會(huì)發(fā)展的主旋律，該項(xiàng)目涉及多個(gè)領(lǐng)域，通過分析智能床頭的發(fā)展和現(xiàn)狀，結(jié)合功能化，人性化等的設(shè)計(jì)理念，將人機(jī)交互應(yīng)用于多功能智能床頭，從而實(shí)現(xiàn)以人為本的全新智能床頭的體驗(yàn)，是一個(gè)綜合性的應(yīng)用項(xiàng)目，具備較強(qiáng)的實(shí)用性和市場(chǎng)化潛力。

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【通聯(lián)編輯：光文玲】