康复理疗云平台系统的设计与实现.docx

《康复理疗云平台系统的设计与实现.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《康复理疗云平台系统的设计与实现.docx（7页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、康复理疗云平台系统的设计与实现作者：张立顾瑞洁吴响赵强来源：现代电子技术2018年第18期摘要：为了对患者进行远程康复监督与精准的康复理疗指导，设计康复理疗云平台系统。以STM32为主处理器，根据康复理疗设备的信号特点，设计理疗终端驱动电路。在GPRS和3G网络的基础上，设计康复理疗仪系统软件。利用软件设计技术，设计远程监控端和数据服务中心。该系统在为病患进行康复理疗的同时能够实时获取和转发理疗参数，通过康复理疗云平台，医生能够在线监测病患理疗过程并为病患提供康复意见和制定理疗计划，实现精准康复理疗C经测试，理疗仪效果优，系统数据转发能力强，能够满足应用需求。关键词：理疗仪；云平台；实时监督；

2、在线指导；康复理疗；GPRS中图分类号：TN99-34；TP212；TP391文献标识码:A文章编号：1004373X(2018)18-0150-04Designandimp1ementationofrehabi1itationphysiotherapyc1oudp1atformsystemZHANG1i,GURuijie1WUXiang,ZHAOQiang(Schoo1OfMedica1Information,XuzhouMedica1University,Xuzhou221000,China)Abstract：Arehabi1itationphysiotherapyc1oudp1atfor

3、msystemisdesignedtoconductremoterehabi1itationmonitoringandaccuraterehabi1itationphysiotherapyguidanceforpatients.TakingtheSTM32asthemainprocessor,thephysiotherapytermina1drivecircuitisdesignedaccordingtosigna1characteristicsoftherehabi1itationphysiotherapyequipment.Thesoftwareoftherehabi1itationphy

4、siotherapyinstrumentsystemisdesignedbasedontheGPRSand3Gnetwork.Theremotemonitoringtermina1anddataservicecenteraredesignedbyusingthesoftwaredesigntechno1ogy.Thesystemcanobtainandtransmitphysiotherapyparametersinrea1timewhi1eperformingrehabi1itationphysiotherapyforpatients.Ontherehabi1itationphysiothe

5、rapyc1oudp1atform,doctorscanmonitorthepatients,physiotherapyprocesson1ine,providerehabi1itationadvice,andmakephysiotherapyp1anforpatients,soastorea1izeaccuraterehabi1itationphysiotherapy.Thetestresu1tsshowthatthephysiotherapyinstrumenthasanexce11enteffect,andthesystemhasastrongdataforwardingcapabi1i

6、ty,whichcanmeetapp1icationrequirements.Keywords：physiotherapyinstrument；c1oudp1atform；rea1-timemonitoring；on1ineguidance；rehabi1itationphysiotherapy；GPRS。引言近年，我国老年人口比重不断增加，越来越多的中老年人重视对慢性病、退化性疾病的康复理疗。此外，医疗研究表明：术后科学的康复过程对身体的恢复程度起到了至关重要的作用；与此同时，快节奏的工作与不健康生活方式导致许多青壮年处于亚健康状态，这使得人们对康复理疗的需求逐年增加3。康复理疗主要是结合物

7、理方法，利用医疗器械进行理疗的一种综合性治疗方法。科学的康复理疗方式能对人体产生积极的作用，由于医生与病房资源紧张、病患经济状况不一、医患沟通不便等诸多因素的限制，大多数人无法在康复医生的监督与指导下进行精确的康复理疗，这极大降低了康复理疗的效果，甚至会使得病情加重M-5。随着微处理器技术、芯片技术、软件工程和无线通信技术的发展，以及片上系统SoC(SystemonChip)的出现，为在线康复理疗问题提供了解决方案。本文结合无线通信技术、信号处理技术及软件设计技术，设计并开发了能够实时监督病患康复理疗过程、在线推送康复指导建议、记录病患康复全过程数据、搭建病患与康复医生之间沟通平台的“康复理疗

8、云平台系统6-8o1系统总体设计系统主要由康复理疗病患远程端、数据服务器、消息服务器、数据库、康复理疗云平台服务端等部分构成，系统整体框架如图I所示。选用3G网络作为本系统的无线通信方式，结合现有的以太网，构成本系统的通信网络。首先，病患在使用康复理疗倭进行康复治疗时，康复理疗仪通过3G网络将实时理疗参数(波形、理疗时间、电压、电流等)转发到云平台数据服务器，医生通过康复理疗云平台服务端在线监督病人的理疗情况。如果，病患没有按照医生的理疗方案定时定量进行治疗，医生会通过康复理疗云服务端，利用消息服务器转发相关警示信息到病人的手持移动服务端；此外，通过康复理疗云平台服务端的专业医生对病患康复理疗

9、数据的抽取、分析、融合等，以及与病患在沟通过程中对病患理疗效果的跟踪，系统将为每病患提供符合其体质状况的康复理疗意见，实现精准的康复理疗。2康复理疗仪硬件设计2.1 硬件整体设计康复理疗仪节点由桥式整流、滤波、稳压、数/模转换、功率放大等信号调理电路，以及液晶驱动电路、SIM808芯片、主处理器等部分组成。节点的硬件框架如图2所示，康复理疗仪终端选用意法半导体公司的STM32F103VET6作为主处理器，该款芯片具有资源丰富、数据处理能力强、低功耗等特点。利用降压变压器，通过桥式整流、滤波、稳压电路将交流信号调理为康复理疗基准信号，与此同时，得到的直流电压作为康复理疗终端的供电电压；升压变压器

10、利用经过数/模转换与功率放大电路处理的电信号得到最终供给医用电极板的治疗信号，将电极板紧贴于治疗部位即可进行康复理疗；电极板加热控制电路可以调节电极板温度，以适用不同病患；利用SIM808模块，通过3G无线网络将实时理疗参数（波形、理疗时间、电压、电流等）发送到康复理疗云服务器；也可以响应按键事件，进行实时理疗参数的本息显示。2.2 整流滤波与稳压电路设计康复理疗仪电源管理部分由整流滤波和稳压电路组成。图3a）为整流滤波电路的原理图，此电路包括2个KBPeIoIO整流桥、2个4700F的电容，将经过变压器得到的12V和115V的交流电压转换成稳定输出的直流电压910；图3b）为终端稳压电路，该

11、电路由4个二极管、2个大功率3.3V稳压管、3个阻值不等的电阻、2个220F的极性电容和2个大功率三极管构成，其中三极管MJE3055T为NPN型，三极管MJE2955T为PNP型。该电路将整流滤波得到的直流电压转换成5V直流电压，为主处理器及终端各元器件供电1112。2.3 数/模转换电路设计图4为数/模转换部分驱动电路。此电路选用T1C7528作为数/模转换处理芯片，T1C7528工作电压为515V,功耗小于15mW,是双路数/模转换器，在每个A/D转换范围内具有单调性，具有单独的片内数据锁存器。根据主处理器的指令，通过T1C7528实现对终端输出频率、电压和波形的控制。24信号放大电路设

12、计信号放大电路由运算放大电路和功率放大电路组成。图5a）为1M324四运算放大器驱动电路，1M324工作电压为332V,低输入偏置电流为IoOnA,能实现内部补偿和短路保护输出，具有4路运算放大器，输入端的ESD钳位提高了可靠性，实现了真正的差分输入级。图5b）为功率放大电路，该电路由4个三极管、2个二极管、2个IOOPF电容及1个电阻组成，其中,三极管BD438和S8050与三极管BD437和S8550构成对称结构；通过运算放大电路与功率放大电路的结合，可以将数/模转换电路产生的信号放大，从而得到可供下一级电路利用的信号。2.5 无线传输模块设计康复理疗仪终端无线信号传输采用S1M808处理

13、器。S1M808有两种工作模式，模式一供电电压为4.85.2V,模式二供电电压为3.64.2V,工作电流保证在IA及以上，工作温度为-4080C。SIM808为四频模块（850/900/1800/1900MHZ）,TT1电平接口兼容5V/3.3V/2.85V系统，S1M808具有全球定位系统，能实现发短信、打电话等功能，支持GPRS,3G网络，全球可用CSIM808有3个1ED指示灯端口：RING指示灯、网络指示灯和PPS指示灯。开机后，等待约2s,首先RING指示灯常亮，然后网络指示灯快闪（IS灭，Is亮），当模块注册到网络后，网络指示灯慢闪（IS亮，3s灭）。当GPS定位后，PPS灯会闪烁

14、（IS亮，Is灭）。3康复理疗仪软件设计选用STM32F103增强型系列作为康复理疗仪的处理器，拥有ARMCoriex-M3内核的STM32是意法半导体的一款专门面向嵌入式应用的处理器14,具有高性能、低成本、低功耗的特点。在STM32增强型处理器的基础上，完成病患康复理疗过程，并通过3G网络实现理疗数据实时的传输。康复理疗仪的工作流程如图6所示。首先执行硬件的初始化，实现A/D、定时器、液晶等模块的初始化，然后通过SIM808模块寻找到数据传输的无线网络，并执行相关入口函数及硬件配置函数，加入到现有的3G无线传输网络，执行病患理疗方案程序。为了降低节点的能耗，康复理疗仪定时地将理疗参数发送到

15、云平台，然后进入休眠状态。与此同时，康复理疗仪定时检测是否完成理疗过程，若没完成，通过3G网络继续将相关理疗数据转发到云平台，否则，结束本次理疗，等待执行新的理疗过程。4实验在实验环境中分别对康复理疗仪治疗波形、康复理疗仪无线传输模块的性能进行测试。首先对康复理疗仪治疗波形进行测试。测试工具为研制的康复理疗仪终端1台、数字示波器1台、医用电极板1套，先将医用电极板插到康复理疗仪终端上，然后将数字示波器与电极板连接，启动康复理疗仪，在112个理疗方案中，任意选择其一。经过反复实验，发现任意理疗方案中的方波、三角波、正弦波、指数波如图7所示，波形完整，没有失真现象.保证了康复治疗仪的理疗效果。其次

16、，对康复理疗仪终端数据转发性能进行测试。通过调整康复理疗仪终端的程序，人为设定终端1min内发送12个数据包，连续发送1h0反复进行实验，通过对云平台服务器单位时间内收到的数据包计数可以发现，其每分钟收到的数据包的个数在1012之间，Ih内共计收到的数据包个数在710720之间,并且每一包数据都可靠，丢包率在2%以下，从而说明该系统具有较强的数据转发能力。5结语通过对系统的整体测试发现康复理疗仪理疗波形完整，具有较优的理疗效果，终端在无线数据转发方面具备较高的准确性，丢包率在合理范围内，能够实现对患者进行远程康复监督与精确的康复理疗指导，满足实际需求。下一步对如何提高康复理疗仪治疗效果，增强系统的易用性及降低节点功耗做进一步研究；同时将结合数据挖掘、人工智能等技术，研究如何根据采集到的海量康复理疗数据，为患者制定更加合理的理疗方案，以及对被监测患者的身体健康状态进行分析和预测。参考文献徐菲鹏，陈泽