王学龙：基于物联网+技术的智能护理床功能模块理论方兴未艾
2019-01-08 21:46:09 来源: 中国科技网-科技日报 作者: 马爱平
随着社会老龄化的到来，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。基于此，王学龙设计了一款基于物联网+技术的智能护理床。
环美（天津）医疗器械有限公司执行董事兼总经理王学龙设计研发了新型的基于物联网+技术的智能护理床与传统电动护理床不同，医护人员不仅可以通过移动智能终端远程控制智能护理床完成精准的机械动作，还可以查询老人的体重信息，实现了护理与检测的智能化。该设计采用STM32F103作为中央处理器，分为基于三折结构的护理床模块、基于数据处理的中央控制模块、基于体重检测的体重秤模块、基于系统供电的电源模块和基于用户操作的上位机模块。
王学龙创造性地采用闭合控制模式，极大地提高了床体控制的准确度。实验表明，智能护理床系统驱动床板误差率小于2%，具有较高的准确性和稳定性。该智能护理床系统主要由护理床模块、中央控制模块、体重秤模块、电源模块和上位机模块组成。系统的工作流程为：电源模块为整个系统提供工作电源；STM32处理器通过串口采集体重秤模块处理好的体重信息，然后通过蓝牙模块发送给平板电脑终端显示；平板电脑终端通过蓝牙模块发送指定格式的通信指令给STM32处理器，STM32处理器接收指令后控制相应的IO口高低电平状态驱动电机驱动电路，从而使得24 V直流电动推杆运动。上述流程实现床板的各种体态调整。
王学龙介绍，蓝牙模块实现了平板电脑终端与下位机模块STM32F103之间的数据通信，系统选用HC-06蓝牙串口模块，其供电电压为3.1~6.5 V，出厂默认串口波特率为9 600 Bound，8位数据位，1位校验位，通过AT指令一次性设置串口波特率、蓝牙名称、配对码等参数。
电机驱动电路实现了将STM32F103控制器的输出电压信号放大到可以驱动24 V直流电动推杆的功能。电路设计整个电路分为两个部分，左侧为信号放大电路，实现控制信号的电压放大，右侧为MOS管H桥驱动电路，实现对电机的驱动。其中，IN1和IN2端是放大电路的输入端，该输入端和STM32F103控制器的IO接口连接；Q1、Q2、Q3、Q4是组成H桥驱动电路的MOS管；M1、M2端分别连接电机的电压正负端。电机驱动电路工作过程如下：STM32F103处理器IO接口的输入电压信号经三极管放大后，控制MOS管Q1、Q2、Q3、Q4的通断，进而控制M1和M2接口的电平值，实现电机的三种工作状态，分别为电机停转、正转、反转状态。
电源模块用来为智能护理床系统各个模块供电。该模块包括开关电源电路和24 V稳压电源。在系统电路设计中电机驱动电路采用了24 V供电，其余电路均采用了5V供电，开关电源电路采用开关电源集成芯片LM2596-5.0，LM2596-5.0为固定输出型开关电源芯片，最大输入电压为40 V，可带动3 A负载，输出电压为5 V±4%，开关频率为150 Hz。在电路设计中，输入端两个并联电容C8、C9起到消除高频干扰，减小纹波的作用；输出端电感L1和电容C10、C11构成滤波回路；4号引脚为反馈电压引脚，通过与内部基准电压比较后控制调整管的通断；D1为续流二极管，当内部调整管关闭时，为L1提供放电回路。该电路能够实现+24 V电源到+5 V电源的转换。
护理床模块是智能护理床的处理终端。整个床体的床板由背板、臀板、大腿板和小腿板4块板组成，背板和腿板可以在24 V直流电动推杆的支撑下移动。
体重秤模块用于检测老人的离床在床状态。在体重秤模块的设计中，由于压力传感器输出信号仅为m V/V级别，所以需经过信号放大电路将输出信号放大到V/V级别，再由单片机采集。体重秤模块包括Arduino单片机、信号放大电路和压力传感器。其中，信号放大电路采用HX711模块。HX711模块通过A-和A+引脚采集压力传感器的差分电信号，然后将采集到的差分电信号经过内部放大处理。单片机通过连接HX711模块DT数据引脚和SCK时钟引脚对处理好的体重数据进行采集，并通过串口传递给中央控制模块处理。
据悉，王学龙设计的这款基于物联网+技术的新型智能护理床，以STM32F103为处理器，内部功能模块非常丰富，在用户体验方面，选择平板电脑终端作为用户操作界面，操作非常便利。在闭环控制模式的支撑下，医护人员可以准确、稳定地控制护理床的各种体态。王学龙设计的智能护理床不仅降低了研发成本，而且方便了医护人员对病人的照顾。更重要的是，该智能护理床的设计搭载了强大的中央处理器，运用了国内首创的闭合控制模式，完全基于最前沿的物联网技术来实现护理床的智能化、自动化和网络化。
据了解，2015年王学龙创办淇鑫智能科技有限公司，将企业的研发重点转移到智能家庭床及全系列智能家居用品的研发与制造上，联合中科院博士团队研发出多款更符合人体工程学的智能电动床，并研发了智能家居生态系统Smart Sleep，王学龙专注护理床的科学理论研究并致力于理论的实践运用，他在物联网与家用智能护理床、人工智能、智能卧室系统、人体工程学与护理床设计、智能家居床与睡眠改进等方面的研究引起了极大的反响及好评。王学龙自2017年3月任职天津市高新技术企业协会国际联络部主任、天津市知识产权保护协会常务秘书长以来，积极为协会安排并参与数十场学术会议和学术研讨会，多次在学术会议上做主题报告并宣读研究论文。他的理论研究成果在医疗器械行业、智能家居行业引起强烈反响。
王学龙（左）受邀出席2018年日本东京国际福祉机器展（图）
2019-01-08 21:46:09 来源: 中国科技网-科技日报 作者: 马爱平
随着社会老龄化的到来，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。基于此，王学龙设计了一款基于物联网+技术的智能护理床。
环美（天津）医疗器械有限公司执行董事兼总经理王学龙设计研发了新型的基于物联网+技术的智能护理床与传统电动护理床不同，医护人员不仅可以通过移动智能终端远程控制智能护理床完成精准的机械动作，还可以查询老人的体重信息，实现了护理与检测的智能化。该设计采用STM32F103作为中央处理器，分为基于三折结构的护理床模块、基于数据处理的中央控制模块、基于体重检测的体重秤模块、基于系统供电的电源模块和基于用户操作的上位机模块。
王学龙创造性地采用闭合控制模式，极大地提高了床体控制的准确度。实验表明，智能护理床系统驱动床板误差率小于2%，具有较高的准确性和稳定性。该智能护理床系统主要由护理床模块、中央控制模块、体重秤模块、电源模块和上位机模块组成。系统的工作流程为：电源模块为整个系统提供工作电源；STM32处理器通过串口采集体重秤模块处理好的体重信息，然后通过蓝牙模块发送给平板电脑终端显示；平板电脑终端通过蓝牙模块发送指定格式的通信指令给STM32处理器，STM32处理器接收指令后控制相应的IO口高低电平状态驱动电机驱动电路，从而使得24 V直流电动推杆运动。上述流程实现床板的各种体态调整。
王学龙介绍，蓝牙模块实现了平板电脑终端与下位机模块STM32F103之间的数据通信，系统选用HC-06蓝牙串口模块，其供电电压为3.1~6.5 V，出厂默认串口波特率为9 600 Bound，8位数据位，1位校验位，通过AT指令一次性设置串口波特率、蓝牙名称、配对码等参数。
电机驱动电路实现了将STM32F103控制器的输出电压信号放大到可以驱动24 V直流电动推杆的功能。电路设计整个电路分为两个部分，左侧为信号放大电路，实现控制信号的电压放大，右侧为MOS管H桥驱动电路，实现对电机的驱动。其中，IN1和IN2端是放大电路的输入端，该输入端和STM32F103控制器的IO接口连接；Q1、Q2、Q3、Q4是组成H桥驱动电路的MOS管；M1、M2端分别连接电机的电压正负端。电机驱动电路工作过程如下：STM32F103处理器IO接口的输入电压信号经三极管放大后，控制MOS管Q1、Q2、Q3、Q4的通断，进而控制M1和M2接口的电平值，实现电机的三种工作状态，分别为电机停转、正转、反转状态。
电源模块用来为智能护理床系统各个模块供电。该模块包括开关电源电路和24 V稳压电源。在系统电路设计中电机驱动电路采用了24 V供电，其余电路均采用了5V供电，开关电源电路采用开关电源集成芯片LM2596-5.0，LM2596-5.0为固定输出型开关电源芯片，最大输入电压为40 V，可带动3 A负载，输出电压为5 V±4%，开关频率为150 Hz。在电路设计中，输入端两个并联电容C8、C9起到消除高频干扰，减小纹波的作用；输出端电感L1和电容C10、C11构成滤波回路；4号引脚为反馈电压引脚，通过与内部基准电压比较后控制调整管的通断；D1为续流二极管，当内部调整管关闭时，为L1提供放电回路。该电路能够实现+24 V电源到+5 V电源的转换。
护理床模块是智能护理床的处理终端。整个床体的床板由背板、臀板、大腿板和小腿板4块板组成，背板和腿板可以在24 V直流电动推杆的支撑下移动。
体重秤模块用于检测老人的离床在床状态。在体重秤模块的设计中，由于压力传感器输出信号仅为m V/V级别，所以需经过信号放大电路将输出信号放大到V/V级别，再由单片机采集。体重秤模块包括Arduino单片机、信号放大电路和压力传感器。其中，信号放大电路采用HX711模块。HX711模块通过A-和A+引脚采集压力传感器的差分电信号，然后将采集到的差分电信号经过内部放大处理。单片机通过连接HX711模块DT数据引脚和SCK时钟引脚对处理好的体重数据进行采集，并通过串口传递给中央控制模块处理。
据悉，王学龙设计的这款基于物联网+技术的新型智能护理床，以STM32F103为处理器，内部功能模块非常丰富，在用户体验方面，选择平板电脑终端作为用户操作界面，操作非常便利。在闭环控制模式的支撑下，医护人员可以准确、稳定地控制护理床的各种体态。王学龙设计的智能护理床不仅降低了研发成本，而且方便了医护人员对病人的照顾。更重要的是，该智能护理床的设计搭载了强大的中央处理器，运用了国内首创的闭合控制模式，完全基于最前沿的物联网技术来实现护理床的智能化、自动化和网络化。
据了解，2015年王学龙创办淇鑫智能科技有限公司，将企业的研发重点转移到智能家庭床及全系列智能家居用品的研发与制造上，联合中科院博士团队研发出多款更符合人体工程学的智能电动床，并研发了智能家居生态系统Smart Sleep，王学龙专注护理床的科学理论研究并致力于理论的实践运用，他在物联网与家用智能护理床、人工智能、智能卧室系统、人体工程学与护理床设计、智能家居床与睡眠改进等方面的研究引起了极大的反响及好评。王学龙自2017年3月任职天津市高新技术企业协会国际联络部主任、天津市知识产权保护协会常务秘书长以来，积极为协会安排并参与数十场学术会议和学术研讨会，多次在学术会议上做主题报告并宣读研究论文。他的理论研究成果在医疗器械行业、智能家居行业引起强烈反响。
王学龙（左）受邀出席2018年日本东京国际福祉机器展（图）
【为什么灯总要亮到深夜？谁抢走了孩子们的睡眠时间】“假期作业一点儿不少，现在临近期末了几乎每科老师都发了好几份卷子，孩子每天晚上都睡得挺晚，昨晚也是差不多11点才睡觉。”惠聪的爸爸赵先生说。惠聪是北方某座大城市一所名校的初一学生。自从上了初中，惠聪几乎没在晚上十一点之前睡过觉。“每天都有很多作业要完成。”赵先生说，有几次甚至熬到了将近凌晨一点。中小学生学业负担重、中小学生睡眠时间不足是近些年来教育领域内的一个重点、难点问题，也是社会关注的热点。说说你的看法？『为什么灯总要亮到深夜？谁抢走了孩子们的睡眠时间_中国网客户端』https://t.cn/EGOmGe3
睡软床还是睡硬床好?
2017-10-27 07:52:14 科普中国网
一张适合自己的床关乎到睡眠的质量和身体健康，所以选对床极其重要!普遍人认为睡硬硬的木板床的话会让人腰部发生疼痛感。但人们很快就发现:软床睡了以后也会腰疼!甚至疼得更厉害!如何选对一张适合自己的床，和科普妹一起了解一下吧!
1
睡软床好还是硬床好?
一般来说，睡硬床相对较好。人在白天的活动中，脊柱始终处于受压迫的状态，形成颈、胸、腰部的三个弯曲。睡在硬床上，能够消除白天韧带、肌肉受牵拉的疲劳，而且侧睡时脊柱不易形成侧弯，容易复原。
多数人在睡眠时采取平卧位，软床会使腰部后突增加，腰肌被拉长，这种牵拉不利于腰肌损伤的修复，使平时劳动时产生的腰肌负荷不能得到良好的松弛和休息，导致腰痛或腰痛加重。
2
哪些人不宜睡软床
1、腰肌损伤者
人为了维持脊柱在生产劳动中的动力负荷，腰脊肌始终保持着一定的张力并进行收缩。然而，过度的收缩势必造成腰背肌组织无氧代谢增加，无氧代谢产生的酸性代谢产物(如五羟色胺、缓激肽等)，可刺激腰肌组织内的神经末梢，产生腰痛。如果在睡眠时选择睡硬床，腰背肌呈松弛状态，反而有利于平日劳动产生的腰肌损伤的恢复。因为腰肌松弛时，腰肌无氧代谢减少，肌组织内血管扩张，血流量增加，酸性代谢产物易排除。
2、儿童
儿童的脊柱发育还未成熟，具有很大的可塑性，在软床上仰睡，身体压陷弹簧床，背部肌肉的疲劳不仅不能得到恢复，还会牵拉得更紧，使脊柱难以复原，时间长了就会出现脊柱弯曲，使身体的曲线也随之发生变化，严重者会出现驼背、偏肩等后天畸形。
3、其他人群
患有脉管炎或静脉曲张的人或身体过于消瘦的人，也不适合睡硬床。因为他们身体的微血管过于暴露，睡硬床容易导致压迫血管导致充血、淤血或四肢酸痛、麻木。
3
怎么选择软硬适度的床垫
1、依据体型的大小和轻重选择床垫
一般来说,大部分人适合中等硬度的床垫,也就是软硬适中的床垫,而体重在60kg-70kg之间的人适合选择“硬”级别床垫,体重超过80kg的人应选择“加硬”床垫。
2、小妙招
选购床垫的时候首先平躺上去,手向颈部、腰部和臀下到大腿之间这三处明显弯曲的地方往里平伸,看有没有空隙;再向一侧翻个身,用同样的方法试一试身体曲线凹陷部位和床垫之间有没有间隙,如果没有,就证明这个床垫与人在睡眠时颈、背、腰、臀和腿的自然曲线吻合,这样的床垫就可以说是软硬适度。
通过以上内容我们可以了解到，我们平时在生活中应该挑选软硬适中的床最为合适。
2017-10-27 07:52:14 科普中国网
一张适合自己的床关乎到睡眠的质量和身体健康，所以选对床极其重要!普遍人认为睡硬硬的木板床的话会让人腰部发生疼痛感。但人们很快就发现:软床睡了以后也会腰疼!甚至疼得更厉害!如何选对一张适合自己的床，和科普妹一起了解一下吧!
1
睡软床好还是硬床好?
一般来说，睡硬床相对较好。人在白天的活动中，脊柱始终处于受压迫的状态，形成颈、胸、腰部的三个弯曲。睡在硬床上，能够消除白天韧带、肌肉受牵拉的疲劳，而且侧睡时脊柱不易形成侧弯，容易复原。
多数人在睡眠时采取平卧位，软床会使腰部后突增加，腰肌被拉长，这种牵拉不利于腰肌损伤的修复，使平时劳动时产生的腰肌负荷不能得到良好的松弛和休息，导致腰痛或腰痛加重。
2
哪些人不宜睡软床
1、腰肌损伤者
人为了维持脊柱在生产劳动中的动力负荷，腰脊肌始终保持着一定的张力并进行收缩。然而，过度的收缩势必造成腰背肌组织无氧代谢增加，无氧代谢产生的酸性代谢产物(如五羟色胺、缓激肽等)，可刺激腰肌组织内的神经末梢，产生腰痛。如果在睡眠时选择睡硬床，腰背肌呈松弛状态，反而有利于平日劳动产生的腰肌损伤的恢复。因为腰肌松弛时，腰肌无氧代谢减少，肌组织内血管扩张，血流量增加，酸性代谢产物易排除。
2、儿童
儿童的脊柱发育还未成熟，具有很大的可塑性，在软床上仰睡，身体压陷弹簧床，背部肌肉的疲劳不仅不能得到恢复，还会牵拉得更紧，使脊柱难以复原，时间长了就会出现脊柱弯曲，使身体的曲线也随之发生变化，严重者会出现驼背、偏肩等后天畸形。
3、其他人群
患有脉管炎或静脉曲张的人或身体过于消瘦的人，也不适合睡硬床。因为他们身体的微血管过于暴露，睡硬床容易导致压迫血管导致充血、淤血或四肢酸痛、麻木。
3
怎么选择软硬适度的床垫
1、依据体型的大小和轻重选择床垫
一般来说,大部分人适合中等硬度的床垫,也就是软硬适中的床垫,而体重在60kg-70kg之间的人适合选择“硬”级别床垫,体重超过80kg的人应选择“加硬”床垫。
2、小妙招
选购床垫的时候首先平躺上去,手向颈部、腰部和臀下到大腿之间这三处明显弯曲的地方往里平伸,看有没有空隙;再向一侧翻个身,用同样的方法试一试身体曲线凹陷部位和床垫之间有没有间隙,如果没有,就证明这个床垫与人在睡眠时颈、背、腰、臀和腿的自然曲线吻合,这样的床垫就可以说是软硬适度。
通过以上内容我们可以了解到，我们平时在生活中应该挑选软硬适中的床最为合适。
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