一种智能粪便收集护理装置的设计★

林宗德，陈 文，林新英，李和仙

（闽南理工学院，福建 石狮 362700）

引言

目前市面上没有较好的处理人体排泄物的粪便护理装置产品。已开发的人体排泄处理装置主要分为两种类型：一种是依靠人工清理的装置，它的核心仍是传统手提便盆、纸尿裤等，患者在使用这种设备时需要有人帮忙护理、擦洗排泄部位；另一种是利用自动控制系统的清理设备，这种设备减少了护理人员的部分工作，但无法让用户自己实现完全排泄过程。据调查显示，世界上有多家生产大、小便清理机产品的，但在用户使用时都需要护理人员帮忙。主要应用领域是对养老院、福利院、家政服务公司和有老人行动不便的家庭[1]。

当下全球人口老年化呈不断上升趋势，“十三五”期间，60 岁及以上老年人口年均净增800 万左右，到2030 年总量将突破4 亿。在这些老年人中，有一大部分人是生活不能自理，需要有人长期照料。另一部分则是由于天灾人祸等原因导致了一些人出现生活不能自理的问题。这一类生活不能自理人群护理的核心问题是大、小便的清理工作，尤其是长期卧床的老年人，大、小便清理工作较麻烦。目前在市面上所销售的大、小便清理机存在着诸多的不足之处，给患者、家属及护工带来了诸多不便[2]。

1 主要研究内容

其主要研究内容是应用人工智能处理算法，设计一款可以供卧床老人、伤残人士及其他长期卧床行动不便用户使用的免脱穿粪便智能处理器。它能够帮助卧床老人，伤残人士及其他用户躺在床上，不用脱裤子，不用护工协助的情况下，实现大、小便的收集、人体冲洗、烘干等过程，独立完成大、小便排泄过程，减少护理人员工作压力，减轻家庭经济压力，实现人性化的护理服务，提出新的护理理念。系统主要由主机清理器，多功能便裤，连接两者之间的管道及感应导线三部分组成。具体研究方案有以下几方面：

1）电源转换模块：AC220 V 转换DC24 V、DC12 V 和DC5 V。

2）单片机控制模块：单片机控制电路是整个系统的核心部分，可对系统各个流程进行控制，实现对应功能要求。

3）语音电路模块：主要作用是实现语音播放，对当前状态及下个状态进行播报，同时对设备出现的故障发出相应报警。

4）温度感应电路：选择数字型DS18B20 传感器作为温度感应器元件，通过单片机程序对温度进行实时监视，保证温度的变化在设定范围内。

5）水箱加热反馈电路：主要保证水温在设定范围35～37.5 ℃。

6）排泄物自动感应模块：对大小便进行实时监测，从而实现自动启动清理器，实现实时监测收集大小便功能。

7）各类执行负载：本系统对执行负载有气泵、负压电机、两位三通阀、水泵、风扇等配件，对系统给出的信号进行相应处理，实现对功能要求。

8）多功能短裤：多功能短裤是整个清理器的重要组成部分，其组成有污槽、气条及特殊处理的纺织布料。

2 系统的设计

智能检测自动处理器系统如下页图1 所示，其主要由电源、清理机、多功能短裤三部分组成。接通电源，用户穿着内带传感器多功能短裤，通过管道、感应线连接到粪便处理器上，用户可以通过遥控器选择自动/手动工作方式，系统将通过管道及感应线启动清理器完成大、小便收集，对人体排泄部位进行温水冲洗、热气烘干等流程，即完成一次大、小便全过程。系统主要分为三部分来完成，分别是硬件系统设计、软件系统设计和各类执行配件选择及管道设计。硬件系统设计主要由单片机微处理器电路为核心，还包括各传感器电路，光耦合器电路、电源转换电路、驱动电路等其他电路。软件系统设计是结合硬件系统设计设置I/O 口，传感器信号检测完成控制应用程序的编写，实现需要完成的指命[3-4]。各类执行配件选择及管道设计是根据硬件系统需要选择与之相匹配的各类执行配件，同时将各种执行配件之间用硅胶管按一定的功能连接起来，通过单片机程序来驱动各种执行负载动作，完成整个系统功能。

图1 系统整体框图

3 具体技术路线

系统控制电路及各类执行负载设计由系统控制电路、各类执行负载、多功能短裤等组成，如图2 所示。系统控制电路包括电源转换模块、单片机系统、语音电路、无线接收模块、继电器控制电路、温度传感器电路、水箱加热反馈电路、水箱水位检测模块、晶闸管控制电路、排泄物自动感应电路等[5]。各类执行负载包括溢流阀、水泵、气泵、负压电机及二位三通阀、多功能短裤包括大、小便感应器、气囊、污槽等。

图2 系统控制电路及各类执行负载模块

4 人性化设计

多功能短裤是整个清理器的重要组成部分，直接与用户身体接触，是收集大小便的重要附件，其组成有污槽、气条及特殊处理的纺织布料。功能是清理器在工作时，短裤内形成两个空腔，一个小便空腔、另一个是大便空腔，两空腔可以提供大小便防止冲洗时水漏到空腔外面，保证床铺干净。

系统提供自动/手动工作方式，用户可以通过遥控器选择自动/手动工作方式，来满足自己的排便需求，系统待机状态默认处于自动工作模式，系统通过感应大、小便来启动清理器，将通过管道及感应线启动清理器完成大、小便收集，对人体排泄部位进行温水冲洗、热气烘干等流程，即完成一次大、小便全过程。

5 结语

该系统智能处理大、小便清理器可供卧床老人、伤残人士及其他长期卧床行动不便用户使用。它能够帮助卧床老人、伤残人士及其他用户躺在床上，穿多功能裤子，不用护工协助的情况下，独立完成大、小便排泄过程，解决了伦理尴尬的现象，维护了用户的尊严，减少了护理人员工作压力，减轻了家庭经济压力，实现了人性化的护理服务，提出了新的护理理念，促进了智能养老的发展，显现出广阔的市场前景。