一种基于电磁的智能马桶尿量检测系统

技术领域

本发明属于马桶制造技术领域，涉及一种基于电磁的智能马桶尿量检测系统。

背景技术

正常成年人24小时尿量约为1000-2000ml。尿量过多或过少都可能提示我们的身体出现了问题。临床上把24小时尿量少于400ml(每小时小于17ml)叫做少尿，24小时尿量少于100ml(或者12小时完全无尿)叫做无尿，24小时尿量多余2500ml叫做多尿。

少尿根据病因可分为肾前性、肾性和肾后性。肾前性少尿的原因有：有效血容量减少、心脏排血功能下降以及肾血管病变等；肾性少尿的原因包括肾小球病变、肾小管、肾间质或肾血管病变；肾后性少尿的原因有各种原因引起的机械性尿路梗阻、尿路的外压等。

多尿分为暂时性多尿(摄入过多的水或使用利尿液)和持续性多尿，我们需要注意的是持续性多尿。持续性多尿可由内分泌代谢障碍(糖尿病、垂体性尿崩症、原发性甲状旁腺功能亢进、原发性醛固酮增多症)、肾脏疾病(肾性尿崩症、肾小管浓缩功能不全)、精神因素(精神性多饮患者常自觉烦渴而大量饮水引起多尿)都能引起多尿。中枢性尿崩症是由于抗利尿继续产生或分泌受影响而引起的。

尿动力学分析仪是依据流体力学和电生理学的基本原理和方法，检测尿路各部压力、流率及生物电活动，从而了解尿路排送尿液的功能及机理，以及排尿功能障碍性疾病的病理生理学变化的仪器。可完成国际尿控协会(ICS)规定的常规尿动力学检测项目：充盈期膀胱测压、压力-流率同步测定、尿道功能测定、尿流率测定、肌电测定等项目。

上述检测项目目前只能在医院泌尿科对于下尿路功能的诊断检查，无法普及家庭用户。另外，尿动力学是一项侵入性检查，需要将导管分别插入膀胱和直肠内，分别测量膀胱腔内压和腹腔压，检查时，会有不适，检查时间约需四十分钟，检查过程中，病患要尽量维持情绪平稳、放松心情，配合检查人员的指示以增加检查的准确度。而且由于尿动力测压导管均为一次性使用，每次使用费用较高。

因此，亟需一款低成本，操作要求低，降低检测过程中被试者不适度的尿动力学检测方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，公开了一种基于电磁的智能马桶尿量检测系统，解决了相关技术中的不舒适性、导管不可重复使用的特性。

为了实现上述的目的，本发明的技术方案如下：

一种基于电磁的智能马桶尿量检测系统，包括马桶本体和自动化控制模块；

所述自动化控制模块包括主控制器和数据收发器；

所述马桶本体包括便池、水箱；所述便池内设置有尿液收集装置、测量导管、电极、磁路系统、转换器；

所述尿液收集装置的上端口位于便池内腔的上侧中心，下端口与测量导管的输入端相连；所述测量导管的输出端与便池容腔相连通；

所述电极垂直置于测量导管内部两侧，检测面与液体接触，并通过电气连接至转换器；其作用是引出和被测量成正比的感应电势信号，以便流体通过时不受阻碍；安装位置齐平在测量导管的垂直方向，以防止沉淀物堆积在其上面而影响测量精度；

所述磁路系统垂直于电极，以便液体流经电极时，产生感应电势。所述磁路系统与主控制器进行电连接，其作用是产生均匀的交变磁场。通过线圈施加恒定电流，在测量导管内部产生磁场；线圈装在管道外部，成对存在，互相串联。通过驱动器电路改变激励电流方向，从而改变磁场。

所述转换器将感应电势信号放大并转换成统一的标准信号并抑制主要的干扰信号。由于尿液流动产生的感应电势信号十分微弱，受各种干扰因素的影响很大，其任务是把电极检测到的感应电势信号Ex经放大转换成统一的标准直流信号。

主控制器，获取转换器传出的标准信号，对尿流量数据进行处理与分析，记录当次尿量、当天尿次数、当天尿总量；记录有用以表征马桶尿液流速检测的对应数据，用于在接收到尿量检测启动信号后，实时采集来自转换器的直流信号。并实时地根据直流信号数据的变化量以及测量导管的横截面积进行对应数据换算，确定尿量检测数据，且将得到的尿量检测数据从检测数据输出端进行输出，通过数据发送模块进行对外发送。

数据收发器，用于接收上位机的数据、命令或者将主控器处理与分析后的数据信号传输至上位机。

作为优选，所述尿液收集装置呈漏斗形，窄口径与测量导管相连。

本发明的另一个目的在于，提供上述尿量检测马桶的检测方法，使得尿量检测马桶能够在用户小便过程中更为为准确的获得尿量检测数据，并提供给用户查看。为此，本发明提供了如下的技术方案：

S1：主控制器获取转换器传输的信号；

S2：使用IIR滤波器去除原始信号中的工频噪声。

S3：由于步骤S2处理后的信号为方波信号，通过方波上下边沿的斜率判断是否在正常范围β内,若是则执行步骤S4，若否则认为当前信号为非排尿数据，返回步骤S1重新获取信号。

S4：计算信号方波上边沿电压平均值h

deltaV＝h

将电压差deltaV代入用最小二乘法拟合得到的经验公式(2)，计算得到流速s；

s＝a×deltaV+b 式(1)其中a、b均表示拟合系数；

S5：将流速s积分变换得到流量。

作为优选，为了减少偶然噪声产生的误差，计算得到数个流速值后，去除最大和最小值，然后求取剩下所有值的平均值作为实际流速。

S6：根据当前的流速、流量和状态判断是否有液体在流入，如果判断为非流入状态，则将流速置0。通过状态判断可以减少在没有排尿时产生的干扰信号被误判的可能性。

本发明的有益效果是：

本发明是一种电磁的智能马桶尿量检测系统，实现对尿流量的监测。该设备基于家用马桶，方便患者使用，不会对患者造成困扰。随着患者的日常排尿，自动记录当次排尿流量、当天排尿次数、当前排尿总量，实时监测患者的身体状态。

本发明的基于电磁的尿量检测马桶，通过在使用者小便过程中实时感测其磁场的变化量，来执行尿量检测，为使用者在家中进行尿流率的自行检测提供便利，很好的解决了现有技术中使用者无法、或不便于在家中自行进行尿量检测的问题。

本发明的尿量检测马桶还能够通过结构设计的改进，缓解使用者小便过程所引起的便池容腔内液面波动和振荡对尿量准确性的影响。

本发明的基于电磁的尿量检测马桶及其检测方法，为排尿功能检查和诊疗提供了新的数据检测方案，具有很好的市场应用和推广前景。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为设备总设计框图；

图3为设备使用结构图一；

图4为设备使用结构图二。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的分析。

一种基于电磁的智能马桶尿量检测系统，图2-4包括马桶本体和自动化控制模块；

所述自动化控制模块包括主控制器和数据收发器；

所述马桶本体包括便池、水箱；所述便池内设置有尿液收集装置、测量导管、电极、磁路系统、转换器；

所述尿液收集装置的上端口位于便池内腔的上侧中心，下端口与测量导管的输入端相连；所述测量导管的输出端与便池容腔相连通；

所述电极垂直置于测量导管内部两侧，检测面与液体接触，并通过电气连接至转换器；其作用是引出和被测量成正比的感应电势信号，以便流体通过时不受阻碍；安装位置齐平在测量导管的垂直方向，以防止沉淀物堆积在其上面而影响测量精度；

所述磁路系统垂直于电极，以便液体流经电极时，产生感应电势。所述磁路系统与主控制器进行电连接，其作用是产生均匀的交变磁场。通过线圈施加恒定电流，在测量导管内部产生磁场；线圈装在管道外部，成对存在，互相串联。通过驱动器电路改变激励电流方向，从而改变磁场。

所述转换器将感应电势信号放大并转换成统一的标准信号并抑制主要的干扰信号。由于尿液流动产生的感应电势信号十分微弱，受各种干扰因素的影响很大，其任务是把电极检测到的感应电势信号Ex经放大转换成统一的标准直流信号。

主控制器，获取转换器传出的标准信号，对尿流量数据进行处理与分析，记录当次尿量、当天尿次数、当天尿总量；记录有用以表征马桶尿液流速检测的对应数据，用于在接收到尿量检测启动信号后，实时采集来自转换器的直流信号。并实时地根据直流信号数据的变化量以及测量导管的横截面积进行对应数据换算，确定尿量检测数据，且将得到的尿量检测数据从检测数据输出端进行输出，通过数据发送模块进行对外发送。

数据收发器，用于接收上位机的数据、命令或者将主控器处理与分析后的数据信号传输至上位机。

作为优选，所述尿液收集装置呈漏斗形，窄口径与测量导管相连。

如图1上述尿量检测马桶的检测方法，使得尿量检测马桶能够在用户小便过程中更为为准确的获得尿量检测数据，并提供给用户查看。为此，本发明提供了如下的技术方案：

S1：主控制器获取转换器传输的信号；

S2：使用IIR滤波器去除原始信号中的工频噪声。

S3：由于步骤S2处理后的信号为方波信号，通过方波上下边沿的斜率判断是否在正常范围β内,若是则执行步骤S4，若否则认为当前信号为非排尿数据，返回步骤S1重新获取信号。

S4：计算信号方波上边沿电压平均值h

deltaV＝h

将电压差deltaV代入用最小二乘法拟合得到的经验公式(2)，计算得到流速s；

s＝a×deltaV+b式(1)

其中a、b均表示拟合系数；

S5：将流速s积分变换得到流量。

作为优选，为了减少偶然噪声产生的误差，计算得到数个流速值后，去除最大和最小值，然后求取剩下所有值的平均值作为实际流速。

S6：根据当前的流速、流量和状态判断是否有液体在流入，如果判断为非流入状态，则将流速置0。通过状态判断可以减少在没有排尿时产生的干扰信号被误判的可能性。