摘要：介紹了個人衛(wèi)生護理機器人控制部分的設(shè)計與實現(xiàn)，該系統(tǒng)采用單片機作為微控制器，利用串口擴展芯片，實現(xiàn)了對洗頭、洗澡、生命體征檢測、上位機通信以及語音提示等功能模塊的控制，完成了全自動洗澡的功能。實驗證明，該系統(tǒng)具有較高的研究開發(fā)和實用價值。
關(guān)鍵詞：個人衛(wèi)生護理機器人；MCU；模塊設(shè)計；溫度檢測

0 引言
    如今，我國已進入了老齡化社會，60歲以上人口已經(jīng)超過了1．49億，占全國人口的11％；而65歲以上人口占總?cè)丝诘?．96％。同時，中國殘疾人數(shù)量也在不斷上升。無論在養(yǎng)老院或是殘疾人家庭，個人衛(wèi)生護理都是難題。為此設(shè)計了一種能為特殊群體提供洗頭、洗澡、干身、按摩等服務(wù)的個人衛(wèi)生護理機器人系統(tǒng)。該系統(tǒng)可用于醫(yī)院、養(yǎng)老院和家庭，為病人、老人及殘疾人完成個人衛(wèi)生的護理工作，具有較高的研究開發(fā)和實用價值。

1 控制部分總體設(shè)計
    本系統(tǒng)主要由機械本體、主控模塊、顯示模塊、語音模塊、生命體征檢測模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊、洗頭模塊、驅(qū)動電路、氣泵、風(fēng)泵、水位及溫度傳感器等多個部分組成。機械部分主要完成輪椅與浴缸的對接，實現(xiàn)用戶坐在輪椅上便可直接入浴的功能，打破了以往依靠人工的局限性。單片機通過控制浴缸內(nèi)機械臂的升降，實現(xiàn)人浴出浴及高低位置的適當(dāng)調(diào)整，保證用戶有一個舒適的洗澡姿勢；通過控制風(fēng)泵及水泵，實現(xiàn)淋浴、泡泡浴、沖洗、烘干等一系列功能；通過水位及溫度傳感器，檢測浴缸內(nèi)水位及溫度的高低；語音模塊實現(xiàn)提示及報警功能，為用戶提供可靠的服務(wù)。

2 控制部分硬件設(shè)計
    控制系統(tǒng)的硬件組成如圖1所示。

2．1 主控單元
    主控芯片采用STC89C52單片機實現(xiàn)智能控制，該芯片內(nèi)部資源豐富，I／O口數(shù)量多，增加了P4口，每個I／O有四種工作方式，驅(qū)動能力強，內(nèi)含8 KBFIASH，支持在線編程，內(nèi)含的獨立波特率發(fā)生器，支持1T方式，運算速度快，價格低廉。由于系統(tǒng)比較復(fù)雜，需要控制的模塊較多，所以在輸出部分用串并轉(zhuǎn)換來擴展輸出，擴展芯片用兩片74HC595實現(xiàn)。電路如圖2所示。

2．2 溫度檢測模塊
    水溫檢測是一個很重要的環(huán)節(jié)，如果出現(xiàn)水溫過高或者過低的現(xiàn)象，就很有可能對人身造成傷害，所以要求誤差要小，精度盡可能高，占用I／O口盡量少?；谶@些要求，采用DS-18B20數(shù)字溫度傳感器。該產(chǎn)品由美國DALLAS公司生產(chǎn)，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣等特點，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。
2．3 語音提示模塊
    語音提示部分是個人衛(wèi)生護理機器人控制系統(tǒng)的重要部分，對各種工作狀態(tài)進行提示，從啟動到各個洗浴模式都有相對應(yīng)的語音提示，出現(xiàn)緊急情況有語音報警，最大限度避免了異常情況造成的危害。系統(tǒng)選用以DMA5601為核心的語音模塊，該模塊可以進行64段每段最長達100s的語音播放，其優(yōu)點是串口控制，節(jié)約I／O占用，并且波特率可調(diào)，可以很好的與其他部件相連接。64段語音，每段長達100 s的語音播放可以很好地滿足要求。
2．4 生命體征檢測模塊
    生命體征檢測模塊主要用于實時監(jiān)測洗浴過程中人體的生命體征信號，并與上位機進行通信，可以對心動過緩／過速，血氧及血壓的異常情況進行報警，方便護理人員對洗浴過程中的異常情況及時處理。該模塊的原理框圖如圖3所示。

2．5 人機交互模塊(HMI)
    該模塊選用北京迪文科技有限公司的DMT48270T043，迪文DMI內(nèi)置了TFT驅(qū)動、大容量FLASH存儲字庫和界面圖片，使得用戶MCU只要有串口(或者1個空余的I／O口)即可，電路設(shè)計簡單，編程方便。
2．6 洗頭模塊
    洗頭模塊的控制部分由AT89C2051單片機來完成，其電路如圖4所示。

2．7 驅(qū)動模塊
    通過控制電機的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)人浴、出浴、洗頭等功能，其驅(qū)動電路如圖5所示。

2．8 網(wǎng)絡(luò)模塊
    個人衛(wèi)生護理機器人在工作時可以通過以太網(wǎng)向上位機傳送數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)主要是護理機的工作狀態(tài)和洗澡者的生命體征數(shù)據(jù)及報警信號。此模塊采用了一款獨立的UART，TCP／IP協(xié)議模塊來完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和雙向傳輸。通過對生命體征監(jiān)測部分的數(shù)據(jù)交流以得到使用者的心率、血氧飽和度和脈搏信息。經(jīng)過處理，將這些信息和其他的機器狀態(tài)報警信號上傳至上位機。該模塊與主控芯片以串口的方式通信，節(jié)約了I／O口。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
    系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計，由主程序、初始化子程序、溫度檢測程序、中斷子程序、延時子程序等組成，通過主程序分別調(diào)用各子模塊完成相應(yīng)的功能。其軟件系統(tǒng)總體框圖如圖6所示。

4 結(jié)語
    本文介紹了基于STC89C52的個人衛(wèi)生護理機器人的設(shè)計與實現(xiàn)方法，該系統(tǒng)能夠完成自動洗浴的功能，為行動不便的人提供了洗頭、洗澡、干身、按摩等服務(wù)，較大幅度地減少了為這些人服務(wù)的勞動強度。該系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于醫(yī)院、養(yǎng)老院和需要該類服務(wù)的家庭。