病房呼叫系統(tǒng)是用于傳送臨床信息的重要手段，是病人在病床上直接請(qǐng)求幫助的呼叫工具?？梢詫⒉∪说恼?qǐng)求快速傳遞給值班醫(yī)生或者護(hù)士，并在值班室監(jiān)控中心電腦上做出相應(yīng)的信息記錄和警報(bào)。病房呼叫系統(tǒng)是提高醫(yī)院和病室護(hù)理水平的必備設(shè)備之一。本文采用兩線制信號(hào)和電源疊加的通信方式，主機(jī)與各床位呼叫分級(jí)僅需要兩根線進(jìn)行連接，這兩根線既是傳輸線又是各分機(jī)的電源線，不但降低了布線成本，而且可以克服無(wú)線分機(jī)誤報(bào)、經(jīng)常更換分機(jī)電池的缺點(diǎn)。同時(shí)走廊監(jiān)控主機(jī)和主監(jiān)控室、手持式監(jiān)控機(jī)可以采用無(wú)線的通信方式，既可以方便醫(yī)務(wù)人員的巡視，同時(shí)又降低了主連接線的成本。在實(shí)際的醫(yī)院病房中有很好的應(yīng)用前景。
1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
　系統(tǒng)整體框圖如圖1所示，主要由走廊監(jiān)控主機(jī)及床位呼叫分機(jī)、監(jiān)控室主機(jī)、手持式監(jiān)控機(jī)三個(gè)部分組成。床位呼叫分機(jī)采用信號(hào)和電源進(jìn)行疊加的方式與走廊監(jiān)控主機(jī)相連。走廊監(jiān)控主機(jī)、監(jiān)控室主機(jī)、手持式監(jiān)控機(jī)則采用無(wú)線通信方式，可使醫(yī)生在接收病人的呼叫信號(hào)時(shí)更加靈活、方便。

2 硬件設(shè)計(jì)
2.1  走廊主機(jī)
　走廊主機(jī)是安裝在病房走廊中的裝置，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。信號(hào)調(diào)制的主要電路通過(guò)電源信號(hào)線不間斷地向各個(gè)床位呼叫機(jī)發(fā)送計(jì)數(shù)脈沖和復(fù)位脈沖。數(shù)碼顯示可以通過(guò)按鍵實(shí)現(xiàn)顯示控制[1]，在沒(méi)有呼叫信號(hào)時(shí)，顯示實(shí)時(shí)時(shí)間;有呼叫信號(hào)的時(shí)候顯示病床分機(jī)號(hào)，并使能聲光報(bào)警。利用無(wú)線電模塊CC1100發(fā)送正在呼叫的床號(hào)信息。

　信號(hào)調(diào)制電路如圖3所示，其主要作用是將單片機(jī)的脈沖信號(hào)調(diào)制到15 V。使用15 V電壓，在長(zhǎng)距離傳輸信號(hào)的過(guò)程中能具有更強(qiáng)的抗干擾能力，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。

　圖3中，DATA為復(fù)位信號(hào)引腳，當(dāng)DATA引腳為高電平時(shí)，三極管Q7、Q6、Q1均不導(dǎo)通，Q4、Q3導(dǎo)通，信號(hào)線上的A線電平被拉低，使各個(gè)床位呼叫分機(jī)全部復(fù)位，重新計(jì)數(shù)。SCLK為計(jì)數(shù)脈沖引腳，當(dāng)DATA為低電平、SCLK為高電平時(shí),Q2、Q1、Q6、Q7均導(dǎo)通，在信號(hào)線A線上會(huì)產(chǎn)生15 V和8 V的疊加電壓，作為床位呼叫分機(jī)的計(jì)數(shù)脈沖信號(hào);當(dāng)SCLK為低、DATA也為低時(shí),只有Q7和Q6導(dǎo)通,信號(hào)線上只有8 V的電壓，此電壓為各床位分機(jī)提供電源。其中三極管Q2、Q4、Q7起前級(jí)放大作用[2]。電阻R13為27 Ω/1 W的中功率電阻，起短路保護(hù)作用。當(dāng)施工人員在安裝過(guò)程中不小心將兩根電線短路，或者在長(zhǎng)期使用后，使得電線老化造成兩根電線短路，由于此時(shí)有R13電阻,系統(tǒng)將不會(huì)形成很大的短路電流而造成床位呼叫分機(jī)被燒壞,從而保護(hù)了系統(tǒng)的安全。
2.2 床位呼叫機(jī)
    床位呼叫機(jī)采用計(jì)數(shù)方式實(shí)現(xiàn)床號(hào)的呼叫。圖4中使用4個(gè)1N4148二極管接成整流電流的形式，其作用是將信號(hào)線上的電流進(jìn)行整流,不區(qū)分兩根信號(hào)線的正負(fù)，這樣可以使得安裝工人便于安裝,不必記得哪根線是正，哪根是負(fù)。另外，床位呼叫機(jī)還采用三極管串聯(lián)穩(wěn)壓，其過(guò)程是:VCC上升→Q3基極電壓上升→Q3集電極電壓下降→Q2基極電壓上升→Q2集電極電壓上升→Q1基極電壓上升→Q1飽和變小→輸出電壓變小→完成穩(wěn)壓。其中改變電阻R4的阻值可以調(diào)節(jié)輸出穩(wěn)壓的電壓值[3]。經(jīng)實(shí)驗(yàn)，此種穩(wěn)壓方案能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的電壓，使系統(tǒng)能穩(wěn)定地工作。而且由于三極管的價(jià)格便宜，還可降低系統(tǒng)的成本。
    本系統(tǒng)的叫號(hào)分機(jī)中使用CD4040計(jì)數(shù)芯片來(lái)對(duì)各個(gè)床位進(jìn)行地址編碼。如圖4所示，有CLK引腳輸入計(jì)數(shù)脈沖，當(dāng)且僅當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)到（QF：QA）為000111時(shí)Q7截止，Q6、Q5導(dǎo)通[4]。如果此時(shí)床位上的呼叫按鈕S1按下接通，則信號(hào)燈將被點(diǎn)亮，并且將信號(hào)線上的電平拉低，給走廊主機(jī)發(fā)送呼叫信號(hào)。地址的編碼原理是使用二進(jìn)制進(jìn)行編碼，如圖4編碼二極管的連接方式代表的是（QF：QA）＝（000111），故該分機(jī)的編號(hào)即為7號(hào)。

2.3  手持式監(jiān)控機(jī)
　手持式監(jiān)控機(jī)主要是通過(guò)CC1100接收呼叫信號(hào),實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，并在LCD上顯示。其功能框圖如圖5所示。

2.4 監(jiān)控室主機(jī)
     監(jiān)控室主機(jī)通過(guò)CC1100接收到的呼叫信號(hào)發(fā)送到上位機(jī)，由上位機(jī)顯示出正在呼叫的床號(hào)，并且完成各種操作。其框圖如圖6所示。

3 軟件設(shè)計(jì)
3.1  走廊主機(jī)程序
　走廊主機(jī)程序在平時(shí)只需要掃描是否有呼叫信號(hào)，有即顯示呼叫床位，沒(méi)有則顯示實(shí)時(shí)時(shí)間。床位分機(jī)控制時(shí)序如圖7所示。有脈沖時(shí)，引腳SCLK發(fā)出計(jì)數(shù)脈沖，當(dāng)計(jì)數(shù)到設(shè)定的上限值時(shí)，則從RST引腳輸出一個(gè)復(fù)位脈沖，讓所有床位呼叫機(jī)重新計(jì)數(shù)。如圖7所示，如果在發(fā)送到第3個(gè)脈沖時(shí)，3號(hào)床位的呼叫按鈕被按下，則會(huì)向走廊主機(jī)發(fā)送一個(gè)脈沖，走廊主機(jī)捕獲此脈沖后，即可知道是哪個(gè)床位在呼叫，進(jìn)而作相應(yīng)的處理。走廊主機(jī)控制床位呼叫機(jī)流程圖如圖8所示。

3.2 手持式監(jiān)控機(jī)程序
　手持式監(jiān)控機(jī)主要用于接收走廊主機(jī)通過(guò)無(wú)線電發(fā)送過(guò)來(lái)的信號(hào)，收到信號(hào)時(shí)，在顯示出正在呼叫的床位的同時(shí)發(fā)出相應(yīng)的聲光報(bào)警。因?yàn)樵卺t(yī)院中病房分為多個(gè)科室，而有可能每個(gè)科室都會(huì)安裝一個(gè)走廊主機(jī)，此時(shí)手持式監(jiān)控機(jī)就需要能夠有選擇地接收各個(gè)科室的呼叫信號(hào)，所以手持式監(jiān)控機(jī)要能夠設(shè)置監(jiān)控組號(hào)。
　為了避免護(hù)士在攜帶手持式監(jiān)控機(jī)的時(shí)候由于誤操作而改變監(jiān)控的組號(hào)，使用了長(zhǎng)按的處理方式。即只有使用長(zhǎng)按模式設(shè)置按鍵之后才能對(duì)組號(hào)進(jìn)行設(shè)置，短按將不會(huì)有任何反應(yīng)。
3.3 監(jiān)控室主機(jī)程序
　監(jiān)控室主機(jī)是安裝在護(hù)士站里的接收設(shè)備，此設(shè)備主要接收由走廊主機(jī)通過(guò)無(wú)線電發(fā)送過(guò)來(lái)的呼叫信號(hào)，當(dāng)接收到呼叫信號(hào)之后，立刻通過(guò)串口向上位機(jī)發(fā)送呼叫床號(hào)，由上位機(jī)進(jìn)行處理。上位機(jī)接到呼叫床號(hào)信息后，在屏幕上顯示相應(yīng)的編號(hào)和床位信息。
4 測(cè)試結(jié)果和實(shí)際使用情況
4.1 有線傳輸距離
    實(shí)際測(cè)試表明，在使用銅絲線時(shí)，走廊主機(jī)與床位呼叫分機(jī)之間的有線通信距離在350 m以下通信穩(wěn)定，基本無(wú)誤碼。當(dāng)線長(zhǎng)增加到400 m以上時(shí)，由于信號(hào)衰減得過(guò)大，造成誤碼率大幅度增加，甚至由于信號(hào)幅度太低導(dǎo)致分機(jī)不能工作。有線傳輸距離與通信誤碼率的關(guān)系如表1所示。

4.2 無(wú)線傳輸距離
　在實(shí)際測(cè)試過(guò)程中，空曠環(huán)境下，通信距離在780 m以下通信基本上沒(méi)有誤碼丟包的情況，在800~900 m之間處于丟包較嚴(yán)重區(qū)域，超過(guò)900 m為嚴(yán)重丟包?？諘鐭o(wú)線傳輸距離與丟包率的關(guān)系如表2所示。

　基于以上兩種測(cè)試結(jié)果，為了保證通信可靠性，無(wú)線的通信距離最好不超過(guò)300 m。如果一定要超過(guò)這個(gè)范圍，可適當(dāng)增加無(wú)線中繼器，這樣系統(tǒng)就可以在大型的醫(yī)院使用。目前，該系統(tǒng)在相關(guān)醫(yī)院應(yīng)用表明，該系統(tǒng)運(yùn)行可靠，無(wú)誤報(bào)率，用戶反映良好。
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