基于8051單片機(jī)和SC1128芯片實(shí)現(xiàn)病房呼叫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的病房呼叫系統(tǒng)普遍采用有線式，不僅布線安裝繁瑣、維護(hù)不便、利用率低，而且實(shí)時(shí)性差。雖然無線式呼叫系統(tǒng)沒有布線問題，但它的可靠性差，而且無線電波會干擾其它醫(yī)療儀器設(shè)備，目前大多數(shù)醫(yī)院不采用無線呼叫系統(tǒng)。

隨著電力載波技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用低壓電力線作為傳輸媒質(zhì)，采用擴(kuò)頻、數(shù)字編碼、單片機(jī)控制等技術(shù)實(shí)現(xiàn)病房呼叫已成為可能。本文運(yùn)用電力載波技術(shù)設(shè)計(jì)了一種病房呼叫系統(tǒng)。

1 病房呼叫系統(tǒng)的基本要求

臨床求助呼叫是傳送臨床信息的重要手段，病房呼叫系統(tǒng)是病人請求值班醫(yī)生或護(hù)士進(jìn)行診斷或護(hù)理的緊急呼叫工具，可將病人的請求快速傳送給值班醫(yī)生或護(hù)士， 并在值班室的監(jiān)控中心電腦上留下準(zhǔn)確完整的記錄，是提高醫(yī)院和病室護(hù)理水平的必備設(shè)備之一。呼叫系統(tǒng)的優(yōu)劣直接關(guān)系到病員的安危，歷來受到各大醫(yī)院的普遍重視。它要求及時(shí)、準(zhǔn)確、可靠、簡便可行、利于推廣。利用電力線載波通信技術(shù)、單片機(jī)多機(jī)通信和計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理技術(shù)設(shè)計(jì)的具有呼叫、振鈴、顯示排隊(duì)、優(yōu)先權(quán)設(shè)定、存儲記錄等功能的病床呼叫系統(tǒng)，滿足了醫(yī)院的病房管理和護(hù)理要求。

2 病房呼叫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)組成與工作原理

病房呼叫系統(tǒng)由若干個(gè)呼叫源（一般每張病床為一個(gè)）、調(diào)制解調(diào)載波模塊、耦合電路和監(jiān)護(hù)系統(tǒng)組成，如圖1所示。當(dāng)呼叫源有呼叫信號時(shí)，在監(jiān)控系統(tǒng)上有相應(yīng)的聲、光呼叫信號指示，并能顯示出呼叫編號。若采用并行總線擴(kuò)展方式，上百個(gè)呼叫源與主機(jī)之間的布線太復(fù)雜，故本系統(tǒng)利用單片機(jī)的串行通訊功能，使得主機(jī)到各個(gè)從機(jī)之間的信號通過電力線載波調(diào)制解調(diào)模塊，經(jīng)過～220V民用電力線傳輸，實(shí)現(xiàn)主機(jī)和從機(jī)之間的雙向數(shù)據(jù)傳送。

圖1 系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)采用主從結(jié)構(gòu)，監(jiān)控系統(tǒng)（主機(jī)）放在醫(yī)生值班室內(nèi)（可以通過接口電路與計(jì)算機(jī)相聯(lián)，構(gòu)成監(jiān)護(hù)中心），當(dāng)病床有呼叫請求時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警，并在顯示器上顯示病床的位置。呼叫源（從機(jī)）放在病房內(nèi)，病人有呼叫請求時(shí)，按下請求按鈕，向值班室呼叫，并點(diǎn)亮呼叫指示燈。主機(jī)和從機(jī)之間通過電力線連接在一起。主機(jī)和從機(jī)通訊時(shí)，主機(jī)依次向各從機(jī)發(fā)送地址信息，各從機(jī)接收主機(jī)發(fā)來的地址信息，如果和自己的地址相同，則向主機(jī)發(fā)送自己的報(bào)警信息，無報(bào)警信息時(shí)，向主機(jī)發(fā)送一個(gè)空號（00）。

2.2 SC1128擴(kuò)頻通信芯片及收發(fā)電路簡介

SC1128芯片是面向電力線載波通信市場而開發(fā)研制的專用擴(kuò)頻調(diào)制/解調(diào)器電路。由于采用了直接序列擴(kuò)頻、數(shù)字信號處理、直接數(shù)字頻率合成等新技術(shù)，因此該電路應(yīng)用在電力線通信方面具有較強(qiáng)的抗干擾及抗衰減性能。SC1128芯片內(nèi)部集成了擴(kuò)頻/解擴(kuò)、調(diào)制/解調(diào)、D/A轉(zhuǎn)換和A /D轉(zhuǎn)換、內(nèi)置電子表、輸出驅(qū)動、輸入信號放大、看門狗、工作電壓檢測以及與單片機(jī)（MCU）串口通信等功能。該芯片在小型多功能應(yīng)用系統(tǒng)中可以起到降低系統(tǒng)成本并提高系統(tǒng)功能的作用。

SC1128芯片組成的收發(fā)電路框圖如圖2所示，信號由電力線經(jīng)耦合器、帶通濾波器和前級放大器進(jìn)入SC1128芯片。經(jīng)過處理后通過功率放大器和耦合器發(fā)送至電力線上，完成信號在電力線上的發(fā)送和接收?？蛞粸轳詈暇€圈，它可將框三中發(fā)射的信號耦合到電力線;又可將電力線上接收的信號耦合到框二。框二為前級接收電路，它將接收的信號經(jīng)濾波、放大后，送入SC1128的一級運(yùn)算放大器（13腳）進(jìn)行處理?？蛉秊楣β史糯笃?，它將SC1128的24腳發(fā)出的調(diào)相信號進(jìn)行功率放大，經(jīng)耦合線圈送入電力線。框四為SC1128內(nèi)部部分模擬信號處理電路，包含三級運(yùn)算放大器，其中一級運(yùn)放的增益可調(diào)。

圖2 SC1128芯片組成的收發(fā)電路框圖

2.3 呼叫源電路的設(shè)計(jì)

呼叫源由8051單片機(jī)（從機(jī)）、SC1128擴(kuò)頻通信芯片及一些外圍電路組成，如圖3所示。八個(gè)請求按鈕開關(guān)接在單片機(jī)8051的P0口上，當(dāng)某一按鈕按下時(shí)，該按鈕對應(yīng)的P0口的某一輸入狀態(tài)為0。當(dāng)單片機(jī)確認(rèn)主機(jī)呼叫該機(jī)地址時(shí)，掃描P0口上的8位I/O端口狀態(tài)，一旦有鍵按下，立即把該P(yáng)0口對應(yīng)的請求信息發(fā)送給主機(jī)，并等待主機(jī)的確認(rèn)。當(dāng)主機(jī)返回正確信息時(shí)，通過P2口驅(qū)動對應(yīng)的LED指示燈顯示，表明那一個(gè)請求信號發(fā)送成功。八個(gè)請求按鈕開關(guān)分別編號，每個(gè)開關(guān)代表一種請求信息，由用戶自行定義。

圖3 病房呼叫源電路

8051單片機(jī)的P1.0和RST/VPD口接備用電源及掉電保護(hù)電路，以保證發(fā)生停電等電源故障時(shí)系統(tǒng)能夠正常使用。假如系統(tǒng)已檢測到“即將發(fā)生掉電故障”信號，則信號通過外部中斷INT0向主機(jī)請求中斷，主機(jī)響應(yīng)中斷便把有關(guān)數(shù)據(jù)送內(nèi)部RAM保存，然后向P1.0寫入“0”，由P1.0引腳上的低電平觸發(fā)555定時(shí)器，而555定時(shí)器的輸出脈沖取決于R、C和VCC。若555定時(shí)器定時(shí)結(jié)束，VCC仍正常，這表明“即將發(fā)生掉電故障”信號是個(gè)錯(cuò)誤的告警信號，則555輸出的正脈沖加在RST/VPD使主機(jī)復(fù)位后開始重新操作;如果RST/VPD在555定時(shí)結(jié)束時(shí)確實(shí)變低了，則555定時(shí)器在P1.0 低電平觸發(fā)下輸出高電平加在RST/VPD上作備用電源，直到VCC又恢復(fù)正常，然后再保持一段由R、C所決定的正脈沖寬度時(shí)間。應(yīng)選擇合適的R、C值， 以使得在主電源VCC恢復(fù)正常后，有足夠的加電復(fù)位時(shí)間，使主機(jī)可靠復(fù)位后恢復(fù)正常運(yùn)行。8051的時(shí)鐘采用片內(nèi)時(shí)鐘振蕩方式，在XTAL1和XTAL2 腳外接石英晶體（6MHz）和振蕩電容。串行口RXD（P3.0）和TXD（P3.1）通過SC1128芯片及電力線與主機(jī)通訊。呼叫源中斷程序流程圖如圖4所示。

圖4 呼叫源中斷程序流程圖

2.4 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)由8051單片機(jī)（主機(jī)）、顯示裝置、報(bào)警電路、SC1128芯片及一些外圍電路組成，如圖5所示。8051單片機(jī)P0口的三條I/O線，提供 MC14499所需的時(shí)鐘信號、使能信號和串行數(shù)據(jù)，MC14499驅(qū)動和控制四塊LED八段顯示器，LED數(shù)碼管顯示發(fā)出報(bào)警的病人所在的床位號和報(bào)警類別，其中，前三位LED指示的是床位號，后一位指示的是報(bào)警類別。

P2.0口通過非門驅(qū)動報(bào)警揚(yáng)聲器。主機(jī)設(shè)一個(gè)按鈕鍵K，直接連在INT0上，K用于撤消報(bào)警聲和LED數(shù)碼管所指示的報(bào)警源。該電路采用的備用電源及掉電保護(hù)電路和時(shí)鐘振蕩方式與呼叫源電路相同。監(jiān)控系統(tǒng)程序流程圖如圖6所示。

圖5 監(jiān)控系統(tǒng)

圖6 監(jiān)控系統(tǒng)程序流程圖

2.5 病房呼叫管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

上述各部分電路組合已能完成病房呼叫功能，為完善系統(tǒng)，使呼叫系統(tǒng)能與病床信息管理相結(jié)合，設(shè)計(jì)了病房呼叫管理系統(tǒng)軟件，從而構(gòu)成由計(jì)算機(jī)及相應(yīng)的接口電路所組成的病房監(jiān)護(hù)中心。呼叫的信息經(jīng)微處理器處理后通過接口電路輸入到計(jì)算機(jī)，再通過計(jì)算機(jī)軟件對呼叫信息及病人信息進(jìn)行管理。這里僅對基于POWER BUIDER9.0的病房呼叫管理系統(tǒng)軟件介紹如下： 本系統(tǒng)設(shè)有保護(hù)功能，非管理人員不能進(jìn)入系統(tǒng)獲取信息，只有獲得密碼才能進(jìn)入該系統(tǒng)的信息界面。登錄界面如圖7所示。

本系統(tǒng)具有添加功能、編輯功能、查詢功能、刪除功能、翻頁功能、退出功能。在檢測到正確的密碼后，系統(tǒng)進(jìn)入管理界面（如圖8所示），該界面包括病人基本資料的管理，呼叫信息的顯示、分類和存儲查詢等功能。

病人基本資料管理采用的是在數(shù)據(jù)庫中建立病人的數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)庫由表組成。表是在數(shù)據(jù)庫中存儲有組織的數(shù)據(jù)的方法，表有預(yù)先定義好的結(jié)構(gòu)，并存儲符合此結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。

本系統(tǒng)的主機(jī)采用查詢方式，從機(jī)采用中斷方式，系統(tǒng)具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）當(dāng)呼叫源接收到的監(jiān)護(hù)系統(tǒng)發(fā)送的地址碼與本機(jī)地址碼一致時(shí)，將報(bào)警點(diǎn)的報(bào)警狀態(tài)數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)護(hù)系統(tǒng);若不一樣，則不予響應(yīng)。單片機(jī)不斷地對檢測點(diǎn)進(jìn)行巡回檢測，就保證了某一個(gè)時(shí)刻只有一個(gè)呼叫源發(fā)出報(bào)警信號，解決了信道爭用問題，真正實(shí)現(xiàn)了多路呼叫。

（2）本系統(tǒng)采用具有調(diào)制解調(diào)功能的SC1128芯片和借助電力線構(gòu)成的通訊網(wǎng)絡(luò)，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、工作方式靈活可靠、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。

（3）本系統(tǒng)采用POWER BUIDER9.0設(shè)計(jì)的信息監(jiān)控管理系統(tǒng)軟件具有界面友好、保密性強(qiáng)、易用性強(qiáng)等特點(diǎn)，操作人員經(jīng)短期培訓(xùn)即可掌握。

總之，本呼叫系統(tǒng)與現(xiàn)有的其它呼叫系統(tǒng)相比具有可靠、簡單、實(shí)用等特點(diǎn)，適合各級各類醫(yī)院使用。尤其對已建成且需增設(shè)呼叫系統(tǒng)的醫(yī)院來說，基于電力線的病房呼叫系統(tǒng)應(yīng)是首選。

責(zé)任編輯：gt