一種失常生物信號緊急自動撥號報警裝置

摘 要：介紹了一種失常生物信號緊急自動撥號報警裝置的硬件電路、軟件編程和系統整體調試。該裝置由單片機和其他外圍電路構成，分為四個功能模塊：模擬摘掛機、語音錄放、信號音判別和DTMF雙音多頻撥號自動發送。實驗證明，該裝置的軟、硬件設計能夠通過功能調試，可以達到設計所要求的功能。

關鍵詞：失常生物信號;單片機;自動報警;雙音多頻

中圖分類號：R318.6 文獻標識碼：B 文章編號：1004373X(2008)1512304

Emergency Automatic Dialing Alarm System for Abnormal Biological Signal

WANG Jian，LI Tiangang，HOU Zhen

(School of Life Science and Technology，Xi′an Jiaotong University，Xi′an，710049，China)

Abstract：A new emergency automatic dialing alarm system for abnormal biological signals is introduced here，including hardware circuit，software procedure and integrated debugging.The alarm system is composed of single chip microcomputer and other necessary peripheral circuits.There are four functional modules contained in the system，including simulated off-hooking and hanging up，dialogue recording and playing，signal tone distinguishing and DTMF signal sending.The hardware/software design can reach function of the design by debugging.

Keywords：abnormal biological signal;single chip microcomputer;auto-alarm;dual tone multiple frequencies

隨著現代工作和生活壓力的加大，各類疾病的患病率也日益增高。面對越來越多的疾病治療與護理需求，僅僅依靠醫院是遠遠不能滿足的^［1-3］。因此，面向家庭的生物信號監護與報警裝置就成為家庭監護系統的一個重要組成部分。生物信號以心電信號的研究最為廣泛，其失常類型主要包括心搏停止、心臟漏搏、極度心動過速、極度心搏過緩等。本文所設計的報警裝置在失常生物信號的觸發信號下，能夠自動撥打多個預置電話號碼進行語音求救，從而使病人能夠得到及時救助。

1 裝置整體設計

本文所設計的失常生物信號緊急自動撥號報警裝置由單片機構成主控部分，接收外部信息進行判斷，并對外部接口電路進行指令控制。接口電路主要包括模擬摘掛機電路、語音錄放電路、DTMF收發電路和其他外圍電路。接口電路實現的功能主要包括：模擬摘掛機控制、求救錄音錄放、DTMF信號音判別和DTMF自動撥號發送。

2 硬件電路設計

所設計的失常生物信號緊急自動撥號報警裝置硬件電路包括三個模塊：

(1) 由單片機AT89S51構成的控制電路主要實現接收外部信息、對外部電路進行控制的功能；

(2) 由DTMF收發芯片MT8888ce構成的DTMF收發電路主要實現DTMF信號音判別和DTMF自動撥號發送功能；

(3) 由語音芯片ISD1420構成的語音錄放電路主要實現求救錄音錄制和播放功能。

如圖1所示，當單片機的P1.7管腳檢測到來自病人生理參數異常的觸發信號時，單片機啟動繼電器，將摘機電阻接入電話線，實現模擬摘機。單片機將MT8888ce設置為呼叫處理模式。這樣電話線上的信號音就通過1∶2的變壓器、電橋整流、運算放大器TL084的放大，最后輸入到MT8888ce芯片。該信號音在MT8888ce內被限幅轉換成對應頻率的方波。該方波信號通過IRQ/CP端輸入到P3.4管腳。單片機通過T0在2.8 s內的計數值，判斷該信號音的類型。如該信號音不是撥號音，則單片機控制繼電器實現模擬掛機再重新摘機；如該信號音是撥號音，則單片機啟動自動撥號程序。此時單片機設置MT8888ce工作在允許發送DTMF信號的突發模式，然后將電話號碼對應的DTMF信號發送出去。該DTMF信號經過LM324的放大，最后由變壓器耦合到電話線上并傳送到交換機，由交換機實現撥號。為了判斷號碼是否撥通，可以再次設置MT8888ce工作在呼叫處理模式并檢測信號音。如此時的信號音不是回鈴音，則掛機再重新撥打電話；否則就等待對方摘機。對方摘機，單片機P1.1管腳變為低電平，控制語音芯片播放求救錄音。錄音播放完后繼續撥打下個電話。所有的電話號碼撥打完后，單片機控制程序重新開始，繼續進行新的一輪撥號循環，直至病人得到救助。

2.1 模擬摘掛機電路硬件設計

如圖2所示，模擬摘掛機電路主要由一個三極管開關電路控制繼電器的開關，繼電器控制接入電話線兩端一個300 Ω(1 W)的電阻。摘掛機信令由單片機通過控制P1.0變為低電平實現。因為R16電阻僅為300 Ω，因而電話線回路電流變大，控制電路向交換機發出模擬摘機的信號，交換機響應摘機信號，完成電話線路接通。

2.2 語音錄放電路硬件設計

圖3所示語音錄放電路中，語音錄放電路通過控制P1.1清零，可以將語音芯片內部事先錄好的病人病情、地址等信息以語音方式告知電話線的對方，以確保病人能得到及時救助。

2.3 DTMF收發電路硬件設計

如圖4所示，DTMF收發電路主要由單片機AT89S51、DTMF收發芯片MT8888ce、雙電源供電運放TL084、全橋整流電橋、1∶2變壓器、單電源供電運放LM324以及其他電阻電容元件構成。

信號音判別功能的具體工作原理：模擬摘機后，交換機會發出撥號音信號。單片機將MT8888ce置為呼叫處理模式。電話線上的信號音通過1∶2變壓器、全橋整流電橋、運放TL084，最后輸入到MT8888ce的DTMF IN端。MT8888ce芯片對輸入的信號音進行限幅，在IRQ/CP端輸出與輸入信號音頻率一致的方波信號。該方波信號連入單片機的T0計數中斷管腳(P3.4)。根據T0在2.8 s內的方波計數值即可判別信號音的類型。

3 系統軟件設計

3.1 軟件總體設計功能模塊圖

圖5為所設計的失常生物信號緊急自動撥號報警裝置的軟件功能模塊圖。

3.2 軟件實際工作流程圖

圖6為所設計裝置的實際工作程序流程圖。

在圖6的程序開始時，為了避免單片機P0，P1，P2，P3口的管腳電壓可能引起的某些誤操作，首先應該進行系統初始化。此后，程序采用查詢方式判別P1.7管腳是否有病危觸發信號。如有觸發信號，則調用50 ms延時程序消除由噪聲、干擾等引起的錯誤觸發。如延時后仍有觸發信號，則將P1.0清零，實現模擬摘機。然后將MT8888ce置為呼叫處理模式，調用信號音判別子程序，判斷電話線上的信號音是否為撥號音。如不是撥號音，則掛機再重新模擬摘機；否則將MT8888ce置為突發模式，取出預置號碼進行發送。一組號碼發送完畢后，再次將MT8888ce置為呼叫處理模式，調用信號音判別子程序進行信號音判別。如果該信號音不是回鈴音，則掛機再重新摘機；否則證明電話已經撥通，應該等待對方摘機。對方摘機后，通過將P1.1清零可以實現求救錄音的5次播放。錄音播放完畢，繼續撥打下一組電話號碼。

4 結 語

報警系統大多應用于煤氣、火災以及家庭防盜報警，而幾乎沒有在社區醫療監護領域的應用。本文所設計的失常生物信號緊急自動撥號報警裝置用于家庭監護系統中的生物信號失常報警，填補了這一空缺。本文利用先進的DTMF收發集成芯片MT8888ce及其他芯片實現電話自動撥號和語音報警功能，外圍電路非常簡單，系統功能比較完善。

參 考 文 獻

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