基于LabVIEW和Multism的病床呼叫器的設計與實現

倫志新，王 蕾

（唐山學院a．計算機中心；b．信息工程系，河北 唐山063009）

隨著科技水平和醫療水平的進步，病床呼叫器已經成為醫院不可缺少的監護設備，它對于病人和醫療人員之間的信息溝通起到了至關重要的作用，能夠有效地保證病人及時得到醫護人員的看護和醫治。［1］目前，大部分實現病床呼叫的程序存在設計復雜，不易遠程操作等問題。［2］

LabVIEW是一種基于圖形化編程語言的虛擬儀器軟件工具，與Multisim仿真軟件共同屬于美國NI公司，利用它們組建儀器測試系統可以有效簡化程序的設計。［3］本設計利用LabVIEW和Multisim仿真軟件建立了病床呼叫系統，通過設計流程圖模型提出兩種實現方案，對比說明LabVIEW和Multisim相結合的設計方案能有效地簡化系統電路，節省信號仿真時間，且系統測試穩定。

1 流程圖模型的創建

LabVIEW程序開發分前面板、程序框圖以及圖標／連接器3部分。［4］由前面板實現用戶輸入和顯示電路輸出功能，程序框圖實現用于控制前面板而添加的圖形化函數，圖標／連接器是子VI實現被其它VI調用的接口，也是子VI在其它程序框圖中被調用的節點表現形式，一般情況下隱含不顯示連接器。基于LabVIEW和Multism的病床呼叫器流程圖如圖1所示，主要由優先編碼器和附加門電路實現10路病床呼叫功能。

圖1 病床呼叫器流程圖模型

用戶可以通過測試顯示驅動74LS248使能端子觀察數碼顯示是否正常，本系統用2片8線－3線優先選擇器74LS148擴展成10線－4線的優先編碼器，輸入端子對低電平有效觸發，其結果由共陰數碼管顯示。本文通過單純的LabVIEW設計方案與LabVIEW，Multisim相結合的設計方案進行對比說明電路設計過程，以及突出兩仿真軟件結合使用的優勢。

2 基于LabVIEW的方案設計與實現

第一種設計方案，僅使用LabVIEW編程實現系統設計。LabVIEW使用圖形化的編程語言，其包括多種函數庫、布爾顯示和測量儀表，設計系統VI的過程是在前面板和程序框圖之間建立正常通信交換的過程。［3］在設計復雜系統時，為了使流程圖清晰簡潔可以把部分內容設計成子VI，即具有不同功能的子程序，通過圖標／連線板實現數據的調用。

2.1 基于LabVIEW子VI實現

2.1.1 優先選擇器子VI實現

病床呼叫器中74LS148優先選擇器高位片對輸入優先級別高的2個輸入端有效，低位片對輸入優先級別低的8個輸入端有效，根據74LS148編碼表，在高位片的輸入均無有效電平時，低位片工作，則將高位的輸出選通端Ys接低位片的輸入選通端S。由于74LS148優先選擇器和74LS248數碼驅動器結構較復雜，控件選板中沒有可直接用的內容，所以有必要設計對應的2個子VI。在前面板使用控件選板設計9個開關輸入量和5個布爾輸出量，在程序框圖窗口利用Functions＞＞Programming＞＞Boolean添加邏輯關系，通過連線實現74LS148低位片邏輯功能，如圖2所示。

圖2 優先選擇器子VI程序框圖

2.1.2 數碼顯示驅動器子VI實現

數碼管顯示有共陰和共陽兩類。［5］假如本系統使用共陰極數碼管顯示床位號，則顯示譯碼器應選擇驅動共陰極數碼管的顯示譯碼器芯74LS248，來驅動共陰極數碼管的顯示。74LS248的輸入為4位8421碼，即有4個輸入端A，B，C，D。允許的10種輸入分別為0000～1001。在前面板設計7個開關輸入量、7個控件指示燈組成數碼管以及7個圓形指示燈代表a～g端子輸出狀態，在程序框圖窗口添加邏輯關系，通過連線實現74LS248邏輯功能，如圖3所示。

圖3 數碼驅動器子VI程序框圖

設計74LS148和74LS248兩個芯片子VI的電路，需要單獨連接實現電路的內部結構，接線復雜，連線點多，工作量較大。

2.2 基于LabVIEW主程序的實現

2.2.1 前面板的實現

前面板是由輸入、輸出控制和顯示三部分組成，通過設置輸入數值來觀察輸出量。［6］前面板直接面向用戶，是病床呼叫器的核心，因此在設計這部分時，要考慮界面美觀整潔，易操作，便于讀取數據等方面。

根據設計要求和74LS148芯片功能，10個按鍵輸入端分別為低電平有效，高位片S置低電平有效；2片優先選擇器的低3位輸出端經過74LS00與非芯片，使輸出的信號送入74LS248顯示芯片的C，B，A端子，顯示的D端子由高位片的15端子取反決定；74LS248的7個輸出端a～g分別于共陰極數碼管的7個陽極a～g連接，前面板設計如圖4所示。

2.2．2 主程序框圖的實現

程序框圖是圖形化代碼，前面板對象在程序框圖中顯示為接線端，通過添加函數控件、顯示控件、連線等實現系統功能。在程序框圖窗口中利用Functions＞＞Programming＞＞Boolean加邏輯關系，并通過創建連線板調用子VI，實現10個病床呼叫器的功能。程序框圖如圖5所示。

3 基于LabVIEW和Multisim的方案設計與實現

第二種設計方案，在LabVIEW和Multisim之間建立聯合仿真調試［4］，利用LabVIEW圖形化顯示控件在前面板設置開關和顯示結果，設計前界面過程與第一種設計方案效果一致，如圖4所示。在程序框圖設計中由于利用了Multisim聯合調試，簡化了復雜子VI設計過程，提高了電路信號傳遞效率。

圖4 病床呼叫器的前面板

圖5 基于LabVIEW的主程序框圖

3.1 基于Multisim電路VI的實現

設計Multisim電路模型可以實現對系統電路的設計與調試。在仿真電路中添加接口HB／SC，用以與LabVIEW引擎之間的數據交換，并對LabVIEW Co－simulation Terminals設置多個電壓 HB／SC口，在Negative Connection將IO1～IO13設為輸入端口，分別代表呼叫開關和芯片使能開關，將IO14～IO20設為輸出端口，代表輸出段碼指示燈，如圖6所示。保存固定路徑，便于LabVIEW調用。

圖6 Multism電路VI實現

3.2 基于LabVIEW和Multisim程序框圖的實現

在程序框圖設計中，使用LabVIEW控制與仿真環實現在程序框圖對MultisimVI的調用。首先通過在VI中添加Control﹠Simulation Loop和Halt Simulation函數控制仿真循環，利用Multisim Design設置窗口添加MultisimVI電路，以及利用Configure Simulation Parameters窗口設置參數，方便調節呼叫器信號仿真運行時間，如圖7所示。通過調用設計與調試于一體的Multisim Design VI，避免了對復雜子VI的設計，同時提高了信號傳輸效率。

圖7 基于LabVIEW和Multisim的主程序框圖

4 測試結果分析

前面利用兩種方案對病床呼叫器進行設計，實現了等效的系統功能和相同的前界面。在第二種設計方案中，程序框圖的設計過程得到明顯簡化。下面利用基于LabVIEW和Multisim設計方案進行系統功能測試。

圖4為病床呼叫器數碼管驅動燈測試LT＝0，測試燈用來檢測數碼管各段能否正常發光，當低電平有效時，譯碼器輸出全部為高電平，七段發光二極管全部點亮，其它使能按鍵輸入處于無效狀態。

圖8為74LS148優先選擇器高位片S＝1，根據芯片功能表判斷該片YEX＝YS＝1，則低位片S＝1，使兩片輸出端子全部置1送入74LS00與非門，共陰顯示驅動芯片測試端送高電平無效，數碼顯示管顯示0。

圖8 優先選擇器高位片S＝1

圖9為74LS148優先選擇器高位片置低電平有效，芯片測試端送高電平無效，系統能接收按鍵輸入信號。當多使能端同時置有效信號，10線－4線優先選擇器只對請求信號級別高的信號做出響應，如圖9所示，2，3，7端同時送入送低電平，數碼管顯示7。

圖9 病床呼叫器多輸入端置有效信號

經過測試，電路前面板添加多種控件直觀動態顯示病床呼叫器電路工作過程。系統運行穩定，界面友好整潔。

5 結論

LabVIEW虛擬軟件具有圖形化軟件設計的靈活性和與多種專業軟件自由連接的便捷性。Multisim是專業電子設計仿真軟件，擁有各類仿真儀器儀表。將兩種軟件有機結合的設計方案，實現了10路病床呼叫器，對比單純基于Lab－VIEW的設計方案，有效簡化了設計電路，縮短了仿真時間，友好的用戶界面有助于人機交流。如果利用網頁發布VI，可以實現電路的遠程控制，本設計為病床呼叫器的實現提供了一條新的途徑。

［1］ 李樹雄．基于PLC的智能病床呼叫系統設計［J］．醫療衛生裝備，2008，29（7）：21－22．

［2］ 曾進輝．基于DTMF的醫院護理呼叫系統的設計與實現［D］．長沙：湖南大學，2007：7－10．

［3］ 劉俊．基于LabVIEW 結合 Multisim的仿真［J］．重慶工學學院報：自然科學版，2008（8）：31－33．

［4］ 唐艷云，林梅金．基于LabVIEW環境的電路實驗仿真研究［J］．裝備制造技術，2011（3）：50－52．

［5］ 王國罡．無線病房呼叫系統主控機與便攜式應答器的設計與研究［D］．昆明：昆明理工大學，2011：7－12．

［6］ 陳錫輝．LabVIEW 8．20從入門到精通［M］．北京：清華大學出版社，2007：221－226．