张勇成 王勇 李安 杨旭 卢承领 李丽
皖西学院电气与光电工程学院，安徽省 六安市 237012
摘要: 针对老龄人排便困难的问题，设计了一款具有排便功能的多功能轮椅。残障人士排泄物自动清洁设备是一种可以用户需求进行自动或者半自动处理行动不便的老年人、无知觉病人在轮椅和床上大小便的清洁辅助器械。为行动不便的老年人，无知觉病人解决了排便问题，避免了伦理尴尬。本作品采用PIC16F1946作为主控芯片，结合自动控制原理及自动检测技术，通过一系列传感器及执行设备来完成排泄物的收集、清理、消毒等工作。
关键词：轮椅，多功能，遥控，单片机
本文系“大学生创客实验室（wxxy2018066）、基层教研室示范项目（wxxy2019037）”研究成果。
1.前言
我国的人口老龄化越来越严重，这部分人群中很大比例存各种伤残、瘫痪、术后等病人，他们的排泄物难题基本上由人工解决，而现代人们最不愿意干的就是“脏”活。从该现状来看，本作品符合智能化及关爱老年人的要求，具有很好的发展前景，该作品可用于家庭、养老院、老年医院以及综合医院康复中心、神经内科、神经外科、骨伤科、ICU病房等场所，填补了国内卫生护理产品的空白，实现了人性化的护理服务，自动智能化完成感应、抽吸、清洗、烘干所有过程，避免了护理人员与使用者的心理尴尬，轻松解决大小便护理问题。采用自动控制、自动检测技术，人性化运行软件，可靠硬件运行平台及智能语音提示模块，全自动感应控制系统，多重保护，水温、气温可调，可遥控操作、手动或全自动运行，使用方便、安全可靠，克服使用者的自卑心理，恢复自信心，加速康复。
2.原理设计
(1)最小系统
本作品采用PIC16F系列单片机作为其主控芯片，该系列单片机重视产品性价比最大化。为了本作品的方便更新以及维护将主控板设计成独立的最小系统板，板上只集成了单片机工作的必要元件且预留出所有的IO口，与输出控制部分电气布局分开，这是为了便于产品的更新换代以及产品的模块化设计，在一定程度上提高了作品的稳定性，减少维护成本。
（2）传感器检测
本作品针对排便物的识别，设计了红外感应传感器和电阻式传感器，当有排泄物的时候通过红外线感应和电阻式传感器结合分辨出尿液和粪便，设备根据两种不同排泄物执行不同的清理方法，相比定量冲洗的方法更加节约水资源。
传感器各自输出两种不同类型的电信号，经过由555时基集成芯片设计的单稳态触发器输出不同宽度的脉冲信号至单片机，而红外检测则直接输出TTL电平至单片机。其识别过程由软件算法实现使单片机执行对应流程。
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图1.NE555信号转换电路
（3）遥控
遥控器采用stm32作为主控芯片，信号的发射与接收则采用NRF24L01无线模块，该模块具有功耗低，灵敏度高，频段免费，误码率低等优点，适合本作品的低功耗需求。当遥控器未操作时，电路处于完全断电状态；当按键按下时，电路导通给主芯片供电，芯片先获取外部编码位作为其配对地址，接着判断按键位置来赋不同的按键值，根据相对应的按键值发送相对应的指令，最后执行信号由无线模块发出。由于按键未按下时整个系统是不供电的，只有按键按下时方才工作，因此可以将功耗大大降低。
3.产品优势
本作品能够实现人体排泄物自动清洁，应用了传感器及智能控制知识，通过传感器及材料技术实现检测及区分大小便排泄物，能够自动处理卧床老人、伤残人、弱智人群、瘫痪者、植物人、手术后需卧床病人、重危传染病人等在轮椅和床上大小便，当病人排便时，该机启动相应的工作模式，温水引导，清理，同时用热风实施干燥。可广泛应用于家庭、养老院、老年医院以及综合医院康复中心、神经内科、神经外科、骨伤科、ICU病房等。最不愿意去干的就是大小便护理引起的伦理问题，残障人士排泄物自动清洁设备帮您解决。其能够很好的适应我国目前的老龄化现状所需。该作品的设计容易与传统的轮椅、病床相结合，只需稍许改造便可配合本作品使用。除此之外，该作品还加入遥控功能，方便用户需要手动控制或者反复冲洗的需求，使本作品更人性化。
4.总结
本文设计了一款具有排便功能的多功能轮椅。此产品能够实现人体排泄物自动清洁，应用了传感器及智能控制知识，通过传感器及材料技术实现检测及区分大小便排泄物，能够自动处理卧床老人、伤残人、弱智人群、瘫痪者、植物人、手术后需卧床病人、重危传染病人等在轮椅和床上大小便，当病人排便时，该机启动相应的工作模式，温水引导，清理，同时用热风实施干燥。
参考文献：
[1]田英,佘阳,黎铸新,唐国源.一种多功能越障轮椅的结构设计与仿真分析[J].机电工程技术,2020,49(07):7-10.
[2]唐宏.多功能轮椅结构设计与应用[J].现代制造技术与装备,2020(06):58-59.
[3]李家栋,邹存芝,孙园奥,邓小兵,杨金宇.多功能服务型智能老人轮椅[J].科学技术创新,2020(16):10-11.
[4]卢禹含,张鑫,郑晴晴,李明睿,王粤,郑培宏,郭家鹏,于淼.新型多功能复合轮椅的设计及研究[J].山东化工,2020,49(10):170-171.
[5]陈世翔,王益土,郑镐.多功能助行轮椅的设计分析[J].机械研究与应用,2019,32(06):123-126.
[6]李冬梅.多功能智能电动轮椅系统设计[J].中国科技信息,2019(12):80-81.
[7]刘坤,吉硕,孙震源,徐洪伟,刘勇,赵静霞.多功能坐站辅助型如厕轮椅机械结构设计与优化[J].吉林大学学报(工学版),2019,49(03):872-880.
[8]赖李李,魏鹳蓉,张娜,王璐,郑卓唯,徐洁莉,黄楚云.基于人机工程学的多功能残障人轮椅设计与仿真[J].人类工效学,2019,25(02):54-61+86.
[9]陈建枫,周丹,董祖阳.多功能助残专用轮椅的设计与有限元分析[J].机械研究与应用,2018,31(06):71-73+76.
[10]黄靖康. 多功能轮椅结构设计与优化[D].湖北工业大学,2018.