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求幫助的呼叫工具?？梢詫⒉∪说恼埱罂焖賯鬟f給值班醫(yī)生或者護士，并在值班室監(jiān)控中心電腦上做出相應的信息記錄和警報。病房呼叫系統(tǒng)是提高醫(yī)院和病室護理水平的必備設(shè)備之一。本文采用兩線制信號和電源疊加的通信方式，主機與各床位呼叫分級僅需要兩根線進行連接，這兩根線既是傳輸線又是各分機的電源線，不但降低了布線成本，而且可以克服無線分機誤報、經(jīng)常更換分機電池的缺點。同時走廊監(jiān)控主機和主監(jiān)控室、手持式監(jiān)控機可以采用無線的通信方式，既可以方便醫(yī)務人員的巡視，同時又降低了主連接線的成本。在實際的醫(yī)院病房中有很好的應用前景。
1 系統(tǒng)的總體設(shè)計
　系統(tǒng)整體框圖如圖1所示，主要由走廊監(jiān)控主機及床位呼叫分機、監(jiān)控室主機、手持式監(jiān)控機三個部分組成。床位呼叫分機采用信號和電源進行疊加的方式與走廊監(jiān)控主機相連。走廊監(jiān)控主機、監(jiān)控室主機、手持式監(jiān)控機則采用無線通信方式，可使醫(yī)生在接收病人的呼叫信號時更加靈活、方便。

2 硬件設(shè)計
2.1  走廊主機
　走廊主機是安裝在病房走廊中的裝置，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。信號調(diào)制的主要電路通過電源信號線不間斷地向各個床位呼叫機發(fā)送計數(shù)脈沖和復位脈沖。數(shù)碼顯示可以通過按鍵實現(xiàn)顯示控制[1]，在沒有呼叫信號時，顯示實時時間;有呼叫信號的時候顯示病床分機號，并使能聲光報警。利用無線電模塊CC1100發(fā)送正在呼叫的床號信息。

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

　圖3中，DATA為復位信號引腳，當DATA引腳為高電平時，三極管Q7、Q6、Q1均不導通，Q4、Q3導通，信號線上的A線電平被拉低，使各個床位呼叫分機全部復位，重新計數(shù)。SCLK為計數(shù)脈沖引腳，當DATA為低電平、SCLK為高電平時,Q2、Q1、Q6、Q7均導通，在信號線A線上會產(chǎn)生15 V和8 V的疊加電壓，作為床位呼叫分機的計數(shù)脈沖信號;當SCLK為低、DATA也為低時,只有Q7和Q6導通,信號線上只有8 V的電壓，此電壓為各床位分機提供電源。其中三極管Q2、Q4、Q7起前級放大作用[2]。電阻R13為27 Ω/1 W的中功率電阻，起短路保護作用。當施工人員在安裝過程中不小心將兩根電線短路，或者在長期使用后，使得電線老化造成兩根電線短路，由于此時有R13電阻,系統(tǒng)將不會形成很大的短路電流而造成床位呼叫分機被燒壞,從而保護了系統(tǒng)的安全。
2.2 床位呼叫機
    床位呼叫機采用計數(shù)方式實現(xiàn)床號的呼叫。圖4中使用4個1N4148二極管接成整流電流的形式，其作用是將信號線上的電流進行整流,不區(qū)分兩根信號線的正負，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。另外，床位呼叫機還采用三極管串聯(lián)穩(wěn)壓，其過程是: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)實驗，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格便宜，還可降低系統(tǒng)的成本。
    本系統(tǒng)的叫號分機中使用CD4040計數(shù)芯片來對各個床位進行地址編碼。如圖4所示，有CLK引腳輸入計數(shù)脈沖，當且僅當計數(shù)器計到（QF：QA）為000111時Q7截止，Q6、Q5導通[4]。如果此時床位上的呼叫按鈕S1按下接通，則信號燈將被點亮，并且將信號線上的電平拉低，給走廊主機發(fā)送呼叫信號。地址的編碼原理是使用二進制進行編碼，如圖4編碼二極管的連接方式代表的是（QF：QA）＝（000111），故該分機的編號即為7號。

2.3  手持式監(jiān)控機
　手持式監(jiān)控機主要是通過CC1100接收呼叫信號,實現(xiàn)聲光報警，并在LCD上顯示。其功能框圖如圖5所示。

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

3 軟件設(shè)計
3.1  走廊主機程序
　走廊主機程序在平時只需要掃描是否有呼叫信號，有即顯示呼叫床位，沒有則顯示實時時間。床位分機控制時序如圖7所示。有脈沖時，引腳SCLK發(fā)出計數(shù)脈沖，當計數(shù)到設(shè)定的上限值時，則從RST引腳輸出一個復位脈沖，讓所有床位呼叫機重新計數(shù)。如圖7所示，如果在發(fā)送到第3個脈沖時，3號床位的呼叫按鈕被按下，則會向走廊主機發(fā)送一個脈沖，走廊主機捕獲此脈沖后，即可知道是哪個床位在呼叫，進而作相應的處理。走廊主機控制床位呼叫機流程圖如圖8所示。

3.2 手持式監(jiān)控機程序
　手持式監(jiān)控機主要用于接收走廊主機通過無線電發(fā)送過來的信號，收到信號時，在顯示出正在呼叫的床位的同時發(fā)出相應的聲光報警。因為在醫(yī)院中病房分為多個科室，而有可能每個科室都會安裝一個走廊主機，此時手持式監(jiān)控機就需要能夠有選擇地接收各個科室的呼叫信號，所以手持式監(jiān)控機要能夠設(shè)置監(jiān)控組號。
　為了避免護士在攜帶手持式監(jiān)控機的時候由于誤操作而改變監(jiān)控的組號，使用了長按的處理方式。即只有使用長按模式設(shè)置按鍵之后才能對組號進行設(shè)置，短按將不會有任何反應。
3.3 監(jiān)控室主機程序
　監(jiān)控室主機是安裝在護士站里的接收設(shè)備，此設(shè)備主要接收由走廊主機通過無線電發(fā)送過來的呼叫信號，當接收到呼叫信號之后，立刻通過串口向上位機發(fā)送呼叫床號，由上位機進行處理。上位機接到呼叫床號信息后，在屏幕上顯示相應的編號和床位信息。
4 測試結(jié)果和實際使用情況
4.1 有線傳輸距離
    實際測試表明，在使用銅絲線時，走廊主機與床位呼叫分機之間的有線通信距離在350 m以下通信穩(wěn)定，基本無誤碼。當線長增加到400 m以上時，由于信號衰減得過大，造成誤碼率大幅度增加，甚至由于信號幅度太低導致分機不能工作。有線傳輸距離與通信誤碼率的關(guān)系如表1所示。

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

　基于以上兩種測試結(jié)果，為了保證通信可靠性，無線的通信距離最好不超過300 m。如果一定要超過這個范圍，可適當增加無線中繼器，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)院應用表明，該系統(tǒng)運行可靠，無誤報率，用戶反映良好。
參考文獻
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