摘要：利用單片機(jī)設(shè)計了病房呼叫系統(tǒng)，分析了硬件電路與軟件設(shè)計。該系統(tǒng)采用電源載波技術(shù)，利用系統(tǒng)的兩芯電源線，實現(xiàn)語音信號和呼叫信號的交換。系統(tǒng)主機(jī)由MCS8051單片機(jī)實現(xiàn)，呼叫分機(jī)選用PIC12C508單片機(jī)，顯示主控芯片選擇51類的AT89C2051單片機(jī)，通信方式采用串行異步半雙工通信方式。系統(tǒng)具有可靠性高、成本低、功能強(qiáng)大、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，具有較強(qiáng)的實用價值。
關(guān)鍵詞：病房呼叫系統(tǒng)；單片機(jī)；語音信號；數(shù)據(jù)通信

0 引言
    病房呼叫系統(tǒng)是一種應(yīng)用于醫(yī)院病房、養(yǎng)老院等地方，用來聯(lián)系溝通醫(yī)護(hù)人員和病員的專用呼叫系統(tǒng)，是提高醫(yī)院護(hù)理水平的必備設(shè)備之一。病房呼叫系統(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、準(zhǔn)確可靠、簡便可行、利于推廣。
    目前市場上存在著許多種型號不一功能各異的醫(yī)院病房呼叫系統(tǒng)，主要為兩大類：有線式和無線式。傳統(tǒng)的有線式病房呼叫系統(tǒng)往往采用集中式結(jié)構(gòu)，電源線、數(shù)據(jù)通信線、語音通信線分開傳輸，具有鋪設(shè)線路較多、成本高、安裝調(diào)試?yán)щy、實時性差、故障率較高等缺點(diǎn)。無線式病房呼叫系統(tǒng)不存在鋪設(shè)線路的問題，但是可靠性差，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)院不采用此類無線呼叫系統(tǒng)。
    本文設(shè)計的是以單片機(jī)為核心的病房呼叫系統(tǒng)，整個系統(tǒng)只需一條兩芯屏蔽線，主機(jī)通過向各分機(jī)提供的電源線實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和語音通信，最多可容納100臺分機(jī)，采用多種軟、硬件抗干擾措施，使得系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)、實時性好、可靠性高、成本低。

1 設(shè)計方案
    該設(shè)計方案是由主機(jī)、分機(jī)和顯示三部分構(gòu)成。系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。主機(jī)主要是控制與各分機(jī)之間的通信與通話，使整個通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，具體包括將請求通話分機(jī)的分機(jī)號送到顯示控制板的主控芯片中進(jìn)行顯示；無通話請求時控制顯示屏顯示時鐘；控制主機(jī)的通話、系統(tǒng)的復(fù)位以及系統(tǒng)自檢。分機(jī)主要是將自己的分機(jī)編碼號發(fā)送給主機(jī)，向主機(jī)發(fā)出通話請求，控制通話線路及復(fù)位本機(jī)。顯示分為兩部分，一是顯示控制板顯示呼叫過的分機(jī)號，由對應(yīng)的發(fā)光二極管顯示；對復(fù)位矩陣掃描并對該矩陣進(jìn)行譯碼；通過復(fù)位按鈕將顯示復(fù)位。二是顯示屏顯示呼叫的分機(jī)號碼。通信方式采用串行異步半雙工通信方式。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
2．1 控制芯片的選取
    主機(jī)控制芯片是整個系統(tǒng)的核心，它控制著系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信、語音通信、信號顯示、時鐘顯示、故障自檢等功能。MCS-51系列單片機(jī)總線技術(shù)開放，開發(fā)、仿真設(shè)備多，價格低廉，同時該系列單片機(jī)進(jìn)入市場的時間早，匯編語言指令書寫形式與Intel公司8位通用微處理器接近，很容易被接觸過Intel通用微處理器匯編語言的用戶所接受。因此，本設(shè)計采用的是MCS8051單片機(jī)。
    分機(jī)控制芯片主要是控制分機(jī)的數(shù)據(jù)通信和給音頻鎖相環(huán)供電，控制任務(wù)比較簡單，因此在能保證完成設(shè)計功能的前提下考慮設(shè)計的成本；同時，分機(jī)是安裝在每個病床邊，要求體積不能太大?；谝陨弦蛩?，本系統(tǒng)分機(jī)選用PIC12C508單片機(jī)作為控制器。

    顯示主控芯片的選擇有多種方案，因為51類單片機(jī)有許多種，但由于系統(tǒng)設(shè)計要求是在滿足功能的前提下本著簡單實用與高性價比的原則，同時希望所選元器件體積小、編程方便。通過比較，顯示主控芯片選擇51類的AT89C2051，它能很好地滿足系統(tǒng)的功能需求。

2．2 雙音頻解碼電路
    主機(jī)呼叫分機(jī)利用電話機(jī)的撥號原理，由電話機(jī)按鍵來呼叫分機(jī)號，電話機(jī)發(fā)出的雙音頻信號通過兩芯電纜線引入主機(jī)電路，主機(jī)的單片機(jī)通過雙音頻解碼芯片獲取被呼叫分機(jī)的地址碼，然后向掛在總線上的所有分機(jī)輸出被呼叫分機(jī)的地址信號。一般常用的電話雙音頻編解碼集成電路有MT8870，MT8880，MT8888等，經(jīng)過反復(fù)論證比較，該系統(tǒng)使用雙音頻解碼集成芯片MT8870來完成此功能。
2．3 語音信號電路
    分機(jī)向主機(jī)通話時，聲音經(jīng)話筒后，再經(jīng)調(diào)頻，之后經(jīng)總線傳輸，到達(dá)主機(jī)電路后要通過解調(diào)再去推動主機(jī)喇叭發(fā)聲。聲音信號的調(diào)頻和鑒頻采用LM567集成鎖相環(huán)路解碼器來完成。
2．4 其他電路
    數(shù)據(jù)輸入電路中輸入的地址信號為數(shù)字信號，先經(jīng)三極管濾除干擾信號后送入電壓比較器LM393，使輸入信號電壓符合單片機(jī)引腳電壓。
    數(shù)據(jù)輸出電路是由兩個三極管復(fù)合而成，相當(dāng)于一個電子開關(guān)，同時又起到了對輸出信號進(jìn)行放大以利于傳輸?shù)碾p重作用。
    請求、復(fù)位通話電路由觸發(fā)開關(guān)構(gòu)成。
    顯示由兩位7段數(shù)碼管完成，驅(qū)動由MC14513實現(xiàn)，整個顯示過程的實現(xiàn)受主控芯片AT89C2051的控制。指示與復(fù)位主要由主控芯片AT89C 2051、八緩沖器／線驅(qū)動器／線接收器(3S)74LS244、八D鎖存器74LS373、發(fā)光二極管以及限流電阻所構(gòu)成的電路完成。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
3．1 主機(jī)與分機(jī)之間通信軟件設(shè)計
    主機(jī)與分機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信采用串行通信方式。根據(jù)主分機(jī)的硬件設(shè)計原理圖及系統(tǒng)的工作過程，主機(jī)采用查詢方式。另外，主機(jī)發(fā)送給分機(jī)的地址幀是通過主機(jī)撥號產(chǎn)生的。因而，在主分機(jī)的通信過程中，主機(jī)的通信程序為主機(jī)查詢通信，分機(jī)的串行口通信采用外部中斷啟動方式，但在串行通信啟動后仍采用查詢方式來接收地址或控制命令和發(fā)送地址。因此，分機(jī)的通信程序設(shè)計包括分機(jī)中斷發(fā)送背景程序和分機(jī)中斷通信子程序。
3．2 主機(jī)與顯示之間通信軟件設(shè)計
    主機(jī)與顯示之間采用串行口直接相連進(jìn)行串行口通信，它們均采用查詢方式通信。在主機(jī)與顯示系統(tǒng)的通信中，主機(jī)僅將存儲在數(shù)據(jù)存儲器中請求通話的分機(jī)號通過串行口通信，以數(shù)據(jù)形式發(fā)送給顯示控制板，因而主機(jī)的程序僅包括主機(jī)發(fā)送程序。顯示的作用是將主機(jī)通過串行口發(fā)送過來的請求通話的分機(jī)地址編碼號顯示出來。其顯示包括將最近請求通話的分機(jī)編碼號用兩位數(shù)碼管顯示出來和將所有請求了通話而未通話的分機(jī)編碼號對應(yīng)的發(fā)光二極管點(diǎn)亮。同時，在完成請求通話的處理后，還需復(fù)位，讓對應(yīng)的發(fā)光二極管熄滅。另外，因為顯示中涉及到的元器件較多，軟件間的時序控制也較為復(fù)雜，為了防止系統(tǒng)“死鎖”或“走飛”，還需要設(shè)置軟件故障監(jiān)測與恢復(fù)程序。因而顯示的軟件設(shè)計包括接收分機(jī)地址編碼程序、數(shù)碼顯示程序、發(fā)光二極管點(diǎn)亮程序和復(fù)位程序。

4 結(jié)語
    該系統(tǒng)利用單片機(jī)的自動控制特性，使得系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。系統(tǒng)采用的元器件均是常見的電子元器件，因此系統(tǒng)硬件成本較低。分機(jī)主控芯片采用PIC單片機(jī)，使分機(jī)具有較低的功耗，從而使系統(tǒng)具有較好的擴(kuò)展性。主機(jī)與分機(jī)的通信距離大于等于1 000 m，分機(jī)數(shù)據(jù)大于等于200，能滿足各種規(guī)模醫(yī)院的要求。