宋國(guó)清，董曉輝

（齊齊哈爾高等師范專科學(xué)校，黑龍江 齊齊哈爾 161000）

醫(yī)用有線呼叫器通信主機(jī)的設(shè)計(jì)

宋國(guó)清，董曉輝

（齊齊哈爾高等師范?？茖W(xué)校，黑龍江 齊齊哈爾 161000）

文章通過(guò)單片機(jī)設(shè)計(jì)一種智能設(shè)備，用于住院患者在出現(xiàn)緊急情況或護(hù)理要求時(shí)，可以使用醫(yī)用呼叫器直接與護(hù)士站的工作人員進(jìn)行情況反映，實(shí)現(xiàn)醫(yī)護(hù)人員在接收到呼叫信號(hào)后與患者進(jìn)行雙向語(yǔ)音對(duì)講，及時(shí)對(duì)患者的需求做出應(yīng)答。

智能設(shè)備；多路模擬；語(yǔ)音選頻

住院患者在出現(xiàn)緊急情況或護(hù)理要求時(shí)，可以使用醫(yī)用呼叫器直接與護(hù)士站的工作人員進(jìn)行情況反映。醫(yī)護(hù)人員在接收到呼叫信號(hào)后，與患者進(jìn)行雙向語(yǔ)音對(duì)講，及時(shí)對(duì)患者的需求做出應(yīng)答。使用呼叫器，不但減輕了醫(yī)護(hù)人員的工作強(qiáng)度，同時(shí)維護(hù)了醫(yī)院的良好秩序[1]。目前，醫(yī)用呼叫器主要包括呼叫主機(jī)、呼叫分機(jī)、電子顯示屏和緊急呼叫按鈕，現(xiàn)將一經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用的呼叫主機(jī)的硬件設(shè)計(jì)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

1 呼叫器系統(tǒng)

呼叫器系統(tǒng)主要組成框如圖1所示。

圖1 呼叫器系統(tǒng)主要組成框

2 雙音多頻檢測(cè)電路

雙音多頻檢測(cè)電路如圖2所示。雙音多頻檢測(cè)采用了MT8870音調(diào)譯碼器，使用該芯片接收從電話機(jī)撥碼盤(pán)電路輸出的DTMF信號(hào)并進(jìn)行解碼，通過(guò)4路Q1-Q4管腳進(jìn)行二進(jìn)制形式的編碼輸出，從而可以識(shí)別總共16個(gè)編碼信號(hào)。呼叫器主機(jī)CPU接收到輸入的編碼信號(hào)，在CPU中對(duì)信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，將編碼數(shù)字輸出到液晶顯示屏，該編碼數(shù)字可以對(duì)應(yīng)分機(jī)號(hào)，從而可以對(duì)指定的分機(jī)進(jìn)行呼叫[2]。

3 音頻功放和提示音樂(lè)播放

音頻功放采用的是TC8002D，該芯片需要的外圍原件較少，不需要耦合電容或者其他緩沖電路直接連接揚(yáng)聲器，可以輸出較大的功率。該芯片內(nèi)部包含兩個(gè)運(yùn)算放大器，其中第二級(jí)放大電路的增益是固定的，第一級(jí)放大電路的增益可以通過(guò)外接的兩個(gè)電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而可以靈活設(shè)置放大器的增益。該芯片是深圳矽源特科技有限公司，相對(duì)于國(guó)外同類型芯片價(jià)格較低，失真度不超過(guò)10%，比較適合應(yīng)用在呼叫器等語(yǔ)音設(shè)備。設(shè)計(jì)中使用該芯片驅(qū)動(dòng)呼叫器主機(jī)揚(yáng)聲器分時(shí)播放分機(jī)呼叫提示音樂(lè)或背景廣播音樂(lè)。此外，該芯片還連接了呼叫器主機(jī)CPU的PWM語(yǔ)音輸出信號(hào)接口，可以有選擇地將CPU中以PWM方式存儲(chǔ)的語(yǔ)音格式的信號(hào)放大輸出。提示音樂(lè)電路采用了WT588D語(yǔ)音模塊，該模塊包含一塊可以進(jìn)行多次燒錄的語(yǔ)音單片機(jī)芯片WT588D，該模塊采用一線串口和呼叫器主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，接線簡(jiǎn)單。呼叫器主機(jī)可以對(duì)燒錄在WT588D語(yǔ)音模塊的多條語(yǔ)音進(jìn)行選擇播放，區(qū)分主機(jī)振鈴音樂(lè)?？梢詫?duì)分機(jī)按照白班和夜班控制不同的輸出音量[3]。

圖2 雙音多頻檢測(cè)電路

4 多路模擬開(kāi)關(guān)電路

模擬開(kāi)關(guān)采用了CD4066BM，具有4路雙向的模擬開(kāi)關(guān)，通過(guò)對(duì)模擬開(kāi)關(guān)各個(gè)輸入輸出之間的互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了多路信號(hào)分時(shí)使用模擬通道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

（1）使用CD4066BM可以將WT588D語(yǔ)音模塊中的語(yǔ)音同時(shí)傳輸?shù)疆?dāng)?shù)負(fù)P聲器以及呼叫器分機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)放電路，經(jīng)過(guò)運(yùn)放放大后的語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)雙絞線傳輸?shù)竭h(yuǎn)端呼叫器分機(jī)，從而使呼叫器分機(jī)播放在主機(jī)編制的呼叫音樂(lè)。

（2）使用CD4066BM在不播放音樂(lè)時(shí)可以接收外接的音頻信號(hào)，該音頻信號(hào)通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)將音頻發(fā)送到呼叫器分機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)放電路，經(jīng)過(guò)運(yùn)放放大后的語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)雙絞線傳輸?shù)竭h(yuǎn)端呼叫器分機(jī)，從而使呼叫器分機(jī)接收并播放外接的音頻信號(hào)。

可以將話機(jī)輸出的通話信號(hào)經(jīng)過(guò)電話芯片F(xiàn)M106處理輸出后，將通話信號(hào)發(fā)送到呼叫器分機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)放電路，經(jīng)過(guò)運(yùn)放放大后的語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)雙絞線傳輸?shù)竭h(yuǎn)端呼叫器分機(jī)，從而使呼叫器分機(jī)播放電話機(jī)發(fā)出的通話信號(hào)[4]。

5 帶撥號(hào)接口的低電壓電話機(jī)通話電路

外部電話機(jī)通過(guò)呼叫器主機(jī)進(jìn)行電源供電，電話機(jī)的連接線經(jīng)過(guò)接口，與帶撥號(hào)接口的低電壓電話機(jī)通話電路芯片F(xiàn)M1062A進(jìn)行連接，在連接處設(shè)計(jì)了電話機(jī)摘機(jī)電路，呼叫器主機(jī)CPU可以通過(guò)檢測(cè)電話機(jī)摘機(jī)電路輸出的信號(hào)獲取電話機(jī)的工作狀態(tài)。FM1062A是雙極性集成電路芯片，該芯片具有和電話機(jī)的連接接口并且能完成電話機(jī)中的各種語(yǔ)音功能。該芯片可以對(duì)外圍電路提供直流電源，電路的電源電壓能夠采用較寬的工作范圍，可以在電壓降低到1.6 V時(shí)繼續(xù)進(jìn)行工作，可以進(jìn)行多個(gè)電話機(jī)的并聯(lián)使用。FM1062A是上海復(fù)旦微電子有限公司生產(chǎn)的一款芯片，相對(duì)于國(guó)外同類型芯片價(jià)格較低，可以替代VG1062和TEA1602等芯片。電話機(jī)輸出的語(yǔ)音信號(hào)接入到FM1062A經(jīng)過(guò)處理后連接到了多路模擬芯片進(jìn)行輸出，遠(yuǎn)端呼叫器分機(jī)進(jìn)過(guò)連接線路發(fā)送來(lái)的語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后連接到了FM1062A，經(jīng)過(guò)處理后發(fā)送給電話機(jī)。通過(guò)該帶撥號(hào)接口的低電壓電話機(jī)通話電路芯片，呼叫器主機(jī)借助于電話，可以與遠(yuǎn)端的呼叫器分機(jī)進(jìn)行雙向?qū)χv和通話，及時(shí)了解患者情況和患者的請(qǐng)求。

6 語(yǔ)音選頻電路

LM567為通用鎖相環(huán)電路音調(diào)譯碼器，當(dāng)輸入信號(hào)存在于由LM567外圍原件電路設(shè)置的通帶內(nèi)時(shí)，LM567的輸出管腳提供晶體管飽和導(dǎo)通的對(duì)地導(dǎo)通通路，該開(kāi)關(guān)信號(hào)通過(guò)外接三極管和CPU的輸入端口連接，從而可以檢測(cè)選頻范圍內(nèi)的音頻信號(hào)。此外，使用LM567可做精密的音調(diào)控制開(kāi)關(guān)。芯片內(nèi)部電路由I與Q檢波器構(gòu)成，由電壓控制振蕩器驅(qū)動(dòng)振蕩器確定譯碼器中心頻率。用外接元件獨(dú)立設(shè)定中心頻率帶寬和輸出延遲。LM567外圍選頻電路采用電容、電阻和可調(diào)電位器組成，通過(guò)電容和電阻可以計(jì)算出中心頻率，檢測(cè)頻率的帶寬是中心頻率的百分?jǐn)?shù)，結(jié)合輸入的電壓范圍就可以確定具體的帶寬范圍。使用可調(diào)電位器進(jìn)行語(yǔ)音選頻設(shè)計(jì)，方便了后期呼叫器的整定。

7 音頻放大電路

音頻放大電路如圖3所示。音頻放大電路采用通用的運(yùn)算放大器LM324，該語(yǔ)音信號(hào)對(duì)運(yùn)放的速度和電壓輸出范圍等要求不高，此外該運(yùn)放價(jià)格較低。運(yùn)算放大器的電源采用TL431基準(zhǔn)電壓源實(shí)現(xiàn)。該基準(zhǔn)源有較大的電壓輸入范圍、較大的輸出電流，此外，可以通過(guò)外接電阻調(diào)節(jié)輸出電壓，是非常理想的基準(zhǔn)源。使用TL431為運(yùn)放單獨(dú)供電，有效地防止了外部干擾噪聲通過(guò)電源干擾運(yùn)放音頻信號(hào)。音頻放大電路接收呼叫器分機(jī)發(fā)送來(lái)的語(yǔ)音信號(hào)，進(jìn)行放大后輸出到帶撥號(hào)接口的低電壓電話機(jī)通話電路芯片進(jìn)行接收。同時(shí)接收多路模擬芯片發(fā)送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行放大后輸出到分機(jī)連接接口，從而可以呼叫分機(jī)。

圖3 音頻放大電路

[1] 倫志新，王蕾.基于LabVIEW和Multism的病床呼叫器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].唐山學(xué)院學(xué)報(bào)，2013（3）：71-74.

[2] 李陽(yáng)軍，彭僑，楊潔，等.病房呼叫器的設(shè)計(jì)與研究[J].品牌，2015（5）：168-169.

[3] 湯拓.數(shù)字電子技術(shù)—病房呼叫器的設(shè)計(jì)方法[J].通訊世界，2015（3）：183.

[4] 湯兆龍.基于Zigbee的病床呼叫和輸液監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].湖北科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2014（3）：28-29.

Design of medical wired pager communication host

Song Guoqing, Dong Xiaohui
（Qiqihar Teachers College, Qiqihar 161000, China）

In this paper, an intelligent device is designed by single chip microcomputer, which can be used by medical calling device to directly re fl ect the situation of staff in nurses’ station when there are emergencies or nursing demands in hospitalized patients. After receiving the call signal, patients with two-way voice intercom, in time to respond to the needs of patients.

smart device; multi-channel simulation; voice frequency selection

宋國(guó)清（1979— ），男，河北藁城人，講師，碩士；研究方向：嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)。