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医院病房呼叫系统设计原理
时间:2021-08-02 02:51:09 点击次数:323
病 房 呼 叫系统是 一种 应 用于 医院 病房 、养老 院等地方 ,用来 联 系沟通 医 护人 员 和病 员 的专 用 呼 叫 系 统 ,是提高 医院护 理水 平 的必 备 设 备 之 一 。病 房 呼 叫系 统 的优 劣直接 关 系到病 员 的安 危 ,历 来受 到各 大 医 院的普 遍重视 。它要 求及 时 、准确可 靠 、简便 可行 、利 于推 广。
目前 市 场上存 在 着许 多种 型号 不 一 功 能 各 异 的 医院病房 呼 叫系统 ,主 要 为 两 大类 :有 线 式 和无 线 式 。传统 的有线 式 病 房 呼 叫 系 统 往 往 采 用 集 中 式 结 构 ,电 源线 、数据通信线 、语音通信线分开传输 ,具有铺设线路较多 、成 本 高 、安装 调试 困难 、实 时性 差 、故 障 率较 高等 缺
点l2]。无线 式病 房呼 叫系 统不 存在 铺设 线路 的 问题 ,但是可靠 性 差 ,而 且无 线 电波会 干 扰 其它 医疗 仪 器 设 备 ,目前大 多数 医 院不采 用此 类 无线 呼 叫系统 。
本文设计的是以单片机为核心的病房呼叫系统 ,整个系统 只需 一条 两芯 屏蔽 线 ,主机 通过 向各 分 机提供 的电源线 实现 数据 通信 和语 音通 信 ,最多 可容 纳 100台分机 ,采 用多 种软 、硬件 抗干 扰措 施 ,使得 系统 抗干 扰 能力强 、实 时性好 、可 靠性 高 、成 本 低 。

1 设计方案
病 房 呼 叫系统是 一种 应 用于 医院 病房 、养老 院等地方 ,用来 联 系沟通 医 护人 员 和病 员 的专 用 呼 叫 系 统 ,是提高 医院护 理水 平 的必 备 设 备 之 一 。病 房 呼 叫系 统 的优 劣直接 关 系到病 员 的安 危 ,历 来受 到各 大 医 院的普 遍重视 。它要 求及 时 、准确可 靠 、简便 可行 、利 于推 广。
目前 市 场上存 在 着许 多种 型号 不 一 功 能 各 异 的 医院病房 呼 叫系统 ,主 要 为 两 大类 :有 线 式 和无 线 式 。传统 的有线 式 病 房 呼 叫 系 统 往 往 采 用 集 中 式 结 构 ,电 源线 、数据通信线 、语音通信线分开传输 ,具有铺设线路较多 、成 本 高 、安装 调试 困难 、实 时性 差 、故 障 率较 高等 缺点。无线 式病 房呼 叫系 统不 存在 铺设 线路 的 问题 ,但是可靠 性 差 ,而 且无 线 电波会 干 扰 其它 医疗 仪 器 设 备 ,目前大 多数 医 院不采 用此 类 无线 呼 叫系统 。本文设计的是以单片机为核心的病房呼叫系统 ,整个系统 只需 一条 两芯 屏蔽 线 ,主机 通过 向各 分 机提供 的电源线 实现 数据 通信 和语 音通 信 ,最多 可容 纳 100台分机 ,采 用多 种软 、硬件 抗干 扰措 施 ,使得 系统 抗干 扰 能力强 、实 时性好 、可 靠性 高 、成 本 低 。
该 设计 方案 是 由主 机 、分 机 和显示 三部 分构 成 。系统 总结 构框 图如 图 1所 示 。主 机 主 要是 控 制 与 各 分 机之 间 的通信 与通 话 ,使 整个 通信 网络 系 统 协 调工 作 ,具体 包括 将请 求通 话 分 机 的分 机 号 送 到显 示 控 制 板 的 主控 芯片 中进 行 显 示 ;无 通 话 请 求 时 控 制 显 示 屏 显 示 时钟 ;控 制主机 的通 话 、系统 的复 位 以及 系 统 自检 。分 机主要 是 将 自己的分机 编码 号发 送 给主机 ,向主机发 出通话请求 ,控制通话线路及复位本机。显示分为两部分 ,一 是 显 示控 制 板 显 示 呼 叫过 的分 机 号 ,由对 应 的发 光二极 管显 示 ;对 复 位矩 阵扫 描 并 对该 矩 阵进 行 译码 ;通过复 位按 钮将 显示 复 位 。二 是 显 示 屏 显 示 呼 叫 的分 机号码 。通 信方 式采 用 串行 异步半 双 工通信 方式 。



2 系统硬件设计

2.1 控 制 芯 片 的 选 取
主机 控制 芯片是 整 个 系统 的核 心 ,它控 制着 系统 的数据通信 、语音通信 、信号 显示 、时钟显示 、故 障 自检等功 能 。MCS一51系 列 单 片 机 总 线 技 术 开 放 ,开 发 、仿 真设 备 多 ,价 格低 廉 ,同 时该 系列 单 片 机 进 入市 场 的时 间早 ,汇 编语 言指 令 书写 形 式 与 Intel公 司 8位 通 用 微 处理器接 近 ,很容 易被 接 触 过 Intel通 用微 处 理 器 汇 编语言 的用 户 所接 受 。因此 ,本 设 计 采 用 的是 MCS8051单片机 。
分 机控制 芯片 主要 是 控制 分 机 的数 据 通 信 和 给音频锁相 环供 电 ,控制 任务 比较 简 单 ,因 此在 能 保证 完 成设计功 能 的前 提下考 虑 设 计 的成 本 ;同时 ,分 机是 安 装在每个 病床边 ,要 求体 积 不 能太 大 。基 于 以上 因素 ,本系统分 机选用 PIC12C508单 片机作 为控 制器。显 示主控 芯片 的选 择 有 多种 方 案 ,因为 51类 单 片机有许 多种 ,但 由于系统设 计要求 是在 满足 功能 的前提下本着 简单 实用 与高性价 比的原 则 ,同时希 望所选 元器
件体积 小 、编 程 方 便 。通 过 比较 ,显 示 主 控 芯 片 选 择51类 的 AT89C2051l8],它 能 很 好 地 满 足 系 统 的 功 能需求 。

2.2 双音 频解码 电路
主机 呼叫分机 利用 电话机 的拨号 原理 ,由电话 机按键来 呼叫分 机号 ,电话机 发 出的双音频 信号 通过两 芯 电缆线 引入 主机电路 ,主机 的单片 机通过 双音频 解码 芯片获取被 呼 叫分机 的地址码 ,然后 向挂 在总线 上 的所 有分
机输 出被 呼叫分机 的地址 信 号 。一 般 常用 的 电话 双音频 编解码 集 成 电路 有 MT8870,MT8880,MT8888等 ,经过反 复论 证 比较 ,该 系统 使 用 双 音 频 解 码 集 成 芯 片MT8870来完 成此 功能 。

2.3 语音信 号 电路
分机 向主机通 话 时 ,声音经 话筒 后 ,再 经调频 ,之后经 总线传输 ,到达 主机 电路后要 通过 解调再 去推 动主机喇叭发声 。声 音 信 号 的调 频 和 鉴 频 采 用 LM567集 成锁相 环路解 码器 来完成。

2.4 其 他 电路
数据输 入 电路 中输 入 的地 址信 号为数 字信号 ,先 经三极 管滤 除干 扰信 号后 送 人 电压 比较 器 LM393,使输入信 号 电压符合 单片机 引脚 电压 。
数据输 出 电路 是 由两 个 三 极 管 复 合 而 成 ,相 当 于一 个 电子开 关 ,同时又起 到 了对 输 出信 号进 行放 大 以利于传输 的双 重作用 。请求 、复位通话 电路由触发开关构成。
显示 由两 位 7段 数码 管 完 成 。驱 动 由 MC14513实现 ,整个 显示 过程 的 实现 受 主控 芯 片 AT89C2O51的控制 。指示 与 复位 主 要 由主 控 芯 片 AT89C2051、八 缓 冲器 /线 驱 动 器/线 接 收 器 (3S)74LS244、八 D锁存器
74LS373、发 光 二 极 管 以 及 限 流 电 阻 所 构 成 的 电 路完 成 。



3 系统软件设计

 
3.1 主 机 与 分 机 之 间通 信 软 件 设 计主机 与分 机 之 间 的数 据 通 信 采 用 串行 通 信 方 式 。
根 据主分 机 的硬件设 计原 理 图及 系统 的工作 过程 ,主机采 用查询 方式 。另 外 ,主机 发送 给分 机 的地 址 帧是通过主机拨号 产生 的 。因而 ,在 主 分 机 的通 信 过 程 中 ,主机的通信程 序为 主机 查询通 信 ,分 机 的串行 口通信 采用外部 中断启 动方式 ,但 在 串行 通信 启动后 仍采 用查 询方式来 接收地 址或 控制命 令 和发送 地址 。 因此 ,分机 的通信程 序设计 包括分 机 中断 发送 背景 程 序 和分 机 中断通信子程序 。

3.2 主 机 与 显 示 之 间通 信 软 件 设 计主机 与显 示之 间采 用 串 行 口直 接 相 连进 行 串行 口通 信 ,它 们均采 用查 询方式 通信 。在 主机 与显示 系统 的通 信 中 ,主机仅 将存 储在数 据存 储器 中请求 通话 的分机号 通过 串行 口通信 ,以数据 形 式 发送 给显 示 控制 板 ,因而主机 的程序 仅包 括 主机 发 送 程 序 。显 示 的作 用是 将主机通过 串行 口发 送过 来 的请 求 通 话 的 分机 地 址 编码号显示 出来 。其显 示包 括 将 最 近请 求 通 话 的分 机 编码号用两位 数码 管显 示 出来 和将 所 有 请求 了通 话 而未 通话 的分 机编码 号对 应 的发 光二 极管 点亮 。同 时 ,在完成请 求通话 的处 理后 ,还 需 复位 ,让 对 应 的 发光 二 极 管熄灭 。另 外 ,因为显 示 中涉及 到 的元 器件 较 多 ,软 件 问 的时序控制 也较 为复 杂 ,为 了 防止 系统 “死 锁 ”或 “走 飞 ”,还需要设 置 软件故 障监 测 与恢 复 程 序 。因 而显 示 的 软件 设计包 括接 收分 机地 址 编 码 程 序 、数 码 显 示 程序 、发光二极 管点 亮程序 和复 位程 序 。

4 结 语
该 系统 利用单 片机 的 自动控制 特性 ,使得 系统稳 定可靠 。系统 采用 的元器 件均 是常见 的 电子元 器件 ,因此系统 硬 件 成 本 较 低 。分 机 主控 芯片 采 用 PIC单 片机 ,使分 机具有 较 低 的功 耗 ,从 而 使 系 统 具 有 较好 的 扩 展性 。主机 与分机 的通信距 离 大 于等 于 1000m,分 机 数据大 于等 于 200,能 满足各 种规模 医院的要求 。


 

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