基于单片机的医院护理呼叫对讲系统设计

0 引言

医院护理呼叫系统是现代化医院实现信息化、现代化管理的重要组成部分，可以有效地提升医院形象，强化机构管理，保证服务质量。如何利用先进的信息技术为医院服务，更大程度地提高医院的服务质量，是医院信息化建设中的一个重要着眼点。本文设计的呼叫系统，大大降低了医护人员的劳动强度，提高了医院的工作效率和服务水平，增强了医院的竞争实力，节约了管理成本，使机构管理变得更加顺畅。

1 DTMF的呼叫对讲系统工作原理

整个系统示意图如图1所示。系统的主机与分机都采用单片机控制，主机通过单总线方式与各病床相连，具有呼叫对讲功能。分机呼叫主机时，接受器将分机发来的DTMF、信号编码成4位二进制码送入单片机内部，主机通过解码器接收分机并译码后，控制振铃电路、LED显示与发光二极管指示进行声光提示，话机摘机后便可通话;主机呼叫分机时，分机接收到主机拨打的号码后，号码与各自所固有的号码相比较，如果号码相同，则接通电话机通话。本系统的走廊显示屏可以显示呼叫床位号，当前呼叫个数，呼叫护理级别，无呼叫时显示实时时间。

2 DTMF信号的介绍

双音多频传输(Dual Tone Multi-Frequency，DTMF)是一种新型的拨号信息的传输方式，它利用两个音频的组合来对一个拨号键进行编码，其中两个音频分别来自不同的频率组：低频组(697～941 Hz)和高频组(1 209～1 633 Hz)，每组频率包括4个不同的频率，它们构成16种组合，代表了O～9，*，#，A，B，C和D键，如表1所示。

3 系统的硬件设计

本呼叫对讲系统在机构上可分为三个区，即医护人员值班室、走廊和病房。主机、电话机和显示及指示屏都安装在医护人员值班室，走廊上安装有LED数码管，分机安装在病房。系统原理框图如图2所示。

3.1 系统工作原理

主机是整个系统的核心，它一方面负责分机与电话机号码的接收与发送，另一方面控制分机与电话机的接通与断开，据病人的病情，设置特护、1级、2级三种护理级别，控制床位与时间显示、级别与呼叫指示、摘挂机检测电路及显示屏的显示等。

在系统中，分机呼叫主机时，接收器将分机发来的DTMF信号进行编码，译成4位二进制码并进入单片机内部，发送器再将数据总线上的4位二进制码译解成DTMF信号输出;主机将发送的数据进行存储;CPU的数据锁存后通过译码器译出对应的数码与位码，由数码管显示分机号码与时间;电话机摘机应答后，CPU检测到摘机信号，振铃信号清除，主机与分机通话，通话完毕主机挂机。主机呼叫分机时，电话机摘机后，CPU通过DTMF解码后接收到所拨分机号后，将此分机号发给分机;如果几个分机同时拨打主机，主机接听护理级别高的分机并与之通话，普通护理级别只做显示指示处理。

3.2 系统主要硬件设计

3.2.1 DTMF信号发送电路

DTMF发送电路主要是由HT9200A/B承担，它将主机送来的8421码编成DTMF信号经放大处理后传送给分机或电话机。发号电路如图3所示。

3.2.2 DTMF信号接收电路

收号电路是将电话机送来的DTMF信号译解成4位二进制码，以便主机读取。它实质是一个解码的过程，DTMF信号的解码主要由MT8870承担。MT8870与AT89C52单片机接口电路如图4所示。

其工作原理如下：MT8870如接收到一有效的DTMF信号，EST端首先变为高电平，经积分电路使控制输入端ST升高。若ST端电平低于门限电平时，MT8870内部的4位二进制代码保持不变，STD端保持低电平;若ST端高于门限电平，MT8870内部的4位二进制代码被更新，STD输出由低电平变为高电平，向AT89C52发出中断申请，通知单片机主控台现在已有控制信息发出，AT89C52接到中断申请后，送到MT8870的STD，STD端做出相应的反映，并通过P0.O～PO.3读取MT8870的译码数据，根据译码数据内容相应控制显示器、发光二极管等的显示及指示。而无效的DTMF信号(电话线杂音、人们的语音信号等)或DTMF信号连续失真是不会引起MT8870的STD端变化的。

3.2.3 摘、挂机检测电路

电话机在待机状态下，40V直流电源是供电话机线路板使用的工作电压。实际上摘机后电话机两端电压只需6～12V左右，剩余电压都落在电话机远程通信线路上了。本装置由于线路很近，其阻值很小，因此设置有恒流源电路来代替电话机的远程通信电路的高电阻值。这就是如图5所示的摘、挂机电路。

由R1，R2，Q1，D1组成恒流源电路，其电流为(VD1-VBE1)/R2，该电流经D2，D3，D4正向稳压产生2.1V的电压给GDl光电耦合器提供发光能源，待机状态(挂机)下电话机的HUAJI1和HUAJI2节点开路，恒流源电路和光耦电路均不工作，光耦截止，经U1A，UlB输出高电平;工作状态(摘机)下电话机的HUAJI1和HUAJl2节点形成通路，恒流源电路和光耦电路开始工作，光耦左侧电流为(VD2+VD3+VD4-VGD1)/R3=(O.7+O.7+O.7-1.8)/120=2.5 mA，满足光耦工作条件(1～50 mA)，其内部发光二极管发光，光电三极管导通，经U1A，U1B输出低电平。可见，摘机和挂机能分别使U1B输出不同的电平，以便使单片机区别出电话机的摘挂机状态。恒流源电路使得电话机在摘机状态下的工作电流始终保持在(VD1-VQBE1)/R2=(12-O.7)/1.5=7.5 mA，满足电话机正常工作条件。单片机通过检测INTl的高低电平来判断摘挂机。

3.2.4 语音通话电路

图6是主机向分机发送通话信号的放大电路，采用LM386低电压音频功率放大器。

4 结语

本文的研究主要侧重于设计一个实用、低成本的病房护理呼叫对讲系统，应该说通过一系列的努力已经达到了设计目标。但是对医院护理呼叫系统的研究是一个不断向前发展的课题，因此需要在此基础上进一步研究，力求使系统更加完善，增加如广播功能、语音报号功能、输液完毕警告等功能。