基于低壓電力線載波技術的病房呼叫系統(tǒng)設計

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、維護不便、利用率低,而且實時性差。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)。
　　
隨著電力載波技術的發(fā)展,應用低壓電力線作為傳輸媒質,采用擴頻、數(shù)字編碼、單片機控制等技術實現(xiàn)病房呼叫已成為可能。本文運用電力載波技術設計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)生或護士進行診斷或護理的緊急呼叫工具,可將病人的請求快速傳送給值班醫(yī)生或護士, 并在值班室的監(jiān)控中心電腦上留下準確完整的記錄,是提高醫(yī)院和病室護理水平的必備設備之一。呼叫系統(tǒng)的優(yōu)劣直接關系到病員的安危,歷來受到各大醫(yī)院的普遍重視。它要求及時、準確、可靠、簡便可行、利于推廣。利用電力線載波通信技術、單片機多機通信和計算機監(jiān)控管理技術設計的具有呼叫、振鈴、顯示排隊、優(yōu)先權設定、存儲記錄等功能的病床呼叫系統(tǒng),滿足了醫(yī)院的病房管理和護理要求。

2 病房呼叫系統(tǒng)設計
　　
2.1 系統(tǒng)組成與工作原理
　　
病房呼叫系統(tǒng)由若干個呼叫源(一般每張病床為一個)、調制解調載波模塊、耦合電路和監(jiān)護系統(tǒng)組成,如圖1所示。當呼叫源有呼叫信號時,在監(jiān)控系統(tǒng)上有相應的聲、光呼叫信號指示,并能顯示出呼叫編號。若采用并行總線擴展方式,上百個呼叫源與主機之間的布線太復雜,故本系統(tǒng)利用單片機的串行通訊功能,使得主機到各個從機之間的信號通過電力線載波調制解調模塊,經(jīng)過～220V民用電力線傳輸,實現(xiàn)主機和從機之間的雙向數(shù)據(jù)傳送。

圖1 系統(tǒng)框圖
　　
系統(tǒng)采用主從結構,監(jiān)控系統(tǒng)(主機)放在醫(yī)生值班室內(可以通過接口電路與計算機相聯(lián),構成監(jiān)護中心),當病床有呼叫請求時進行聲光報警,并在顯示器上顯示病床的位置。呼叫源(從機)放在病房內,病人有呼叫請求時,按下請求按鈕,向值班室呼叫,并點亮呼叫指示燈。主機和從機之間通過電力線連接在一起。主機和從機通訊時,主機依次向各從機發(fā)送地址信息,各從機接收主機發(fā)來的地址信息,如果和自己的地址相同,則向主機發(fā)送自己的報警信息,無報警信息時,向主機發(fā)送一個空號(00)。
　　
2.2 SC1128擴頻通信芯片及收發(fā)電路簡介
　　
SC1128芯片是面向電力線載波通信市場而開發(fā)研制的專用擴頻調制/解調器電路。由于采用了直接序列擴頻、數(shù)字信號處理、直接數(shù)字頻率合成等新技術,因此該電路應用在電力線通信方面具有較強的抗干擾及抗衰減性能。SC1128芯片內部集成了擴頻/解擴、調制/解調、D/A轉換和A /D轉換、內置電子表、輸出驅動、輸入信號放大、看門狗、工作電壓檢測以及與單片機(MCU)串口通信等功能。該芯片在小型多功能應用系統(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。框一為耦合線圈,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?？蚨榍凹壗邮针娐?它將接收的信號經(jīng)濾波、放大后,送入SC1128的一級運算放大器(13腳)進行處理?？蛉秊楣β史糯笃?它將SC1128的24腳發(fā)出的調相信號進行功率放大,經(jīng)耦合線圈送入電力線。框四為SC1128內部部分模擬信號處理電路,包含三級運算放大器,其中一級運放的增益可調。

圖2 SC1128芯片組成的收發(fā)電路框圖

2.3 呼叫源電路的設計
　　
呼叫源由8051單片機(從機)、SC1128擴頻通信芯片及一些外圍電路組成,如圖3所示。八個請求按鈕開關接在單片機8051的P0口上,當某一按鈕按下時,該按鈕對應的P0口的某一輸入狀態(tài)為0。當單片機確認主機呼叫該機地址時,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P0口對應的請求信息發(fā)送給主機,并等待主機的確認。當主機返回正確信息時,通過P2口驅動對應的LED指示燈顯示,表明那一個請求信號發(fā)送成功。八個請求按鈕開關分別編號,每個開關代表一種請求信息,由用戶自行定義。

圖3 病房呼叫源電路
　　
8051單片機的P1.0和RST/VPD口接備用電源及掉電保護電路,以保證發(fā)生停電等電源故障時系統(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向主機請求中斷,主機響應中斷便把有關數(shù)據(jù)送內部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定時器,而555定時器的輸出脈沖取決于R、C和VCC。若555定時器定時結束,VCC仍正常,這表明“即將發(fā)生掉電故障”信號是個錯誤的告警信號,則555輸出的正脈沖加在RST/VPD使主機復位后開始重新操作;如果RST/VPD在555定時結束時確實變低了,則555定時器在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又恢復正常,然后再保持一段由R、C所決定的正脈沖寬度時間。應選擇合適的R、C值, 以使得在主電源VCC恢復正常后,有足夠的加電復位時間,使主機可靠復位后恢復正常運行。8051的時鐘采用片內時鐘振蕩方式,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)設計
　　
監(jiān)控系統(tǒng)由8051單片機(主機)、顯示裝置、報警電路、SC1128芯片及一些外圍電路組成,如圖5所示。8051單片機P0口的三條I/O線,提供 MC14499所需的時鐘信號、使能信號和串行數(shù)據(jù),MC14499驅動和控制四塊LED八段顯示器,LED數(shù)碼管顯示發(fā)出報警的病人所在的床位號和報警類別,其中,前三位LED指示的是床位號,后一位指示的是報警類別。
　　
P2.0口通過非門驅動報警揚聲器。主機設一個按鈕鍵K,直接連在INT0上,K用于撤消報警聲和LED數(shù)碼管所指示的報警源。該電路采用的備用電源及掉電保護電路和時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

圖7 登錄界面

圖8 管理界面

2.5 病房呼叫管理系統(tǒng)軟件設計
　
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合,設計了病房呼叫管理系統(tǒng)軟件,從而構成由計算機及相應的接口電路所組成的病房監(jiān)護中心。呼叫的信息經(jīng)微處理器處理后通過接口電路輸入到計算機,再通過計算機軟件對呼叫信息及病人信息進行管理。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)設有保護功能,非管理人員不能進入系統(tǒng)獲取信息,只有獲得密碼才能進入該系統(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,表有預先定義好的結構,并存儲符合此結構的數(shù)據(jù)。
　　
本系統(tǒng)的主機采用查詢方式,從機采用中斷方式,系統(tǒng)具有如下幾個特點:
　　
(1)當呼叫源接收到的監(jiān)護系統(tǒng)發(fā)送的地址碼與本機地址碼一致時,將報警點的報警狀態(tài)數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)護系統(tǒng);若不一樣,則不予響應。單片機不斷地對檢測點進行巡回檢測,就保證了某一個時刻只有一個呼叫源發(fā)出報警信號,解決了信道爭用問題,真正實現(xiàn)了多路呼叫。
　　
(2)本系統(tǒng)采用具有調制解調功能的SC1128芯片和借助電力線構成的通訊網(wǎng)絡,具有結構簡單、成本低、工作方式靈活可靠、抗干擾能力強等特點。
　　
(3)本系統(tǒng)采用POWER BUIDER9.0設計的信息監(jiān)控管理系統(tǒng)軟件具有界面友好、保密性強、易用性強等特點,操作人員經(jīng)短期培訓即可掌握。
　　
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、實用等特點,適合各級各類醫(yī)院使用。尤其對已建成且需增設呼叫系統(tǒng)的醫(yī)院來說,基于電力線的病房呼叫系統(tǒng)應是首選。