便攜式智能醫療護理系統實驗設計

王伊飛，尹紅飛，齊 麟，王 偉，沈玉紅，房建東

（內蒙古工業大學 信息工程學院，內蒙古 呼和浩特010051）

便攜式智能醫療護理系統實驗設計

王伊飛，尹紅飛，齊 麟，王 偉，沈玉紅，房建東

（內蒙古工業大學 信息工程學院，內蒙古 呼和浩特010051）

為進一步完善現有的醫院病房有線呼叫系統，改變病房與護士站的信息傳遞方式，創造更加整潔、便捷、高效的醫療環境，設計了以單片機為核心控制器的醫院病房無線呼叫系統。設計主要包括資料收集及調研、軟件設計、硬件搭建，聯系現有環境的進行功能分析、測試等，確定了具體的功能需求，及需求功能之間優先級的表現形式。單片機作為主控制芯片，YL-100T為無線傳輸模塊，結合矩陣鍵盤、獨立按鍵、LCD液晶顯示、無線通信、信號處理5個部分完成了本次設計。現場測試表明，在空曠區域，系統可以實現500 m無失真傳輸及處理；在樓宇內，系統可以實現1-5層無失真傳輸及處理，傳輸頻率為433.078 2 MHz，波特率為4 800 Baud。系統具有可靠性高、成本低、可實現性好及可擴展等技術特點。

無線通信；需求優先級；信號處理；可靠性

醫療呼叫系統發展至今，已經不再是簡單的醫患之間溝通的工具。在實際應用當中，不僅可用來實現護士站人員與住院患者之間直接、可靠的信息聯絡，將病人的請求快速傳送給護士站，還應兼顧到醫院的整體設計，既有特色又具有良好實用性、裝飾性的設備將得到越來越廣泛的應用。

醫療呼叫系統，一般采用有線通信系統，抗摧毀的能力比較差，安裝復雜，檢查維修困難，不易擴展，外觀不雅等[1]。設計一款能滿足大眾要求，適合各種服務性行業的緊急呼叫系統，無疑會對改善人們生活起著十分重要的作用。對醫院單位而言，在同類行業中，需要對病人進行快速、準確的服務和治療，這就需要一種能夠提高醫院工作人員辦事效率的設備，而這種便捷服務式的呼叫系統節約了大量的人力，財力[2]。文中介紹一種病房無線呼叫系統，提高了醫療服務水平，系統穩定可靠具有良好的應用前景。

1 系統的功能設計及原理

系統的硬件設計包括發射終端和接收終端，兩者均以單片機和YL-100T無線收發器為核心。呼叫病房采用4×4矩陣鍵盤模擬，如圖1所示[3]。每個病房會有一個與之對應的編號，以及4種（該數量可以更改）需求，其中一個為緊急需求，其他需求可以按照情況進行設定。當某一病房產生需求時，發送端會將需求的編號與單位編號捆綁發送至接收端等待處理。此時接收端配套的顯示器將產生需求和單位編號等進行顯示，方便病患對照。另一方面，在護士站的接收端對接收到的信號重新分為單位編號與需求編號，分別顯示。當接收到多個信號時，按照先后順序進行排序[4]。其顯示分為兩欄，在第一欄顯示優先權最高的單位編號及需求編號，在第二行顯示優先權次高的三個需求的單位編號，其余的暫做存儲。護士站按下清除鍵，則當前優先權最高的需求會被清除，同時余下的需求優先權依次提高一位[5]。當接收端收到緊急需求時，會將此需求和其對應單位編號的優先權強制提至第一位。

1.1 矩陣鍵盤

矩陣鍵盤是用4條I/O線作為行線，4條I/O線作為列線組成的鍵盤。在行線和列線的每一個交叉點上，設置一個按鍵[6]。在發送端使用矩陣鍵盤來模擬16個真實的病房，鍵盤編碼的1-16來對應病房的1-16號；在接收端矩陣鍵盤中任意一個按鍵都可以清除信號。在呼叫的時候16個病房本身并無差別，也不存在優先次序。

這部分的功能是通過在收發端編程實現。具體編程思路為[7]：①判斷鍵盤中是否有按鍵按下。將全部行線PA4－PA7置低電平輸出，然后讀PA0－PA3四根輸入列線的狀態。只要有低電平出現，則說明有鍵按下，編程時還進行了按鍵的消抖。②判斷閉合鍵所在位置。在確認有鍵按下后，依次將4根行線分別置為低電平，即在某根行線置為低電平時，其余行線為高電平，再逐列檢查各列線的電平狀態，若某列為低電平，則該列線與置為低電平的線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。③鍵盤的編碼，即對各個按鍵進行編號。④完成鍵盤掃描和處理的程序是系統程序中的一個專用子程序，MCU調用該鍵盤掃描子程序對鍵盤進行掃描和處理使用的是中斷掃描。當鍵盤有按鍵按下時，鍵盤硬件電路產生一個外部的中斷信號，MCU響應外部中斷，進行鍵盤處理[8]。

圖1 矩陣鍵盤原理圖

1.2 獨立按鍵

在發送端，使用獨立按鍵的前4個，即K1-K4來模擬每個病房中的需求按鍵，以便在呼叫時可以傳達相應的需求，起到一個輔助作用。其中，按鍵K1對應需求為清潔，顯示為CLEAN；按鍵K2對應需求為詢問事項，顯示為MATTER；按鍵K3對應需求為更換，顯示為CHANGE；按鍵K4對應需求為緊急，顯示為URGENT。當某個病房按下K4時，其需求會在接收端優先顯示并發出聲音警報，這也就使得每個病房都有了優先權，增加了病人呼叫需求的靈活性。

1.3 LCD液晶顯示屏

工業字符型液晶，可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊[9]。原理圖如圖2所示。

圖2 LCD液晶顯示屏原理圖

發送端的顯示屏在每個病房（或病床）都會有一塊，與按鍵配套。發送信號時，發送端顯示屏顯示發送的病房號和對應的發送需求；接收端的顯示屏顯示對應的房號和需求數字，最多可顯示4個病房號，優先顯示優先權最高的的病房號 （當有緊急需求時其對應病房號的優先權提至最高），優先權次高的三位在等待顯示欄，若排隊數大于4，則暫存于寄存器，在處理完當前信號，在對下一信號進行更替。顯示方式如圖3所示。

圖3 發送及接收顯示界面

1.4 YL-100T無線傳輸模塊

YL-100T是一款高穩定性，低功耗，高性價比的采用GFSK調制方式的無線透明數據收發模塊。其外觀結構如圖4所示。該模塊相對一般模塊具有尺寸小，靈敏度高，傳輸距離遠，通訊數率高，內部自動完成通訊協議轉換和數據收發控制等特點?？梢酝ㄟ^自己的需求靈活配置模塊的串行速率，工作信道，發射功率，通訊數率等參數。該模塊與單片機接線方式如表1所示。

圖4 YL-100T無線傳輸模塊

表1 無線模塊與單片機接線端明細表

2 系統的設計結構

2.1 系統硬件結構框圖

系統硬件結構框圖圖5所示[10]。

2.2 系統軟件結構

系統軟件結構如圖7所示[11]。

圖5 系統硬件結構框圖

圖6 電路結構圖

圖7 系統軟件結構圖

2.3 系統流程圖

系統流程圖如圖8所示。

圖8 系統流程圖

3 實測結果分析

經過實驗測得的信息數據如表2所示，并且無失真傳輸，傳輸頻率及波特率均不發生變化。從而推論處該系統可以在醫院病房呼叫系統中較好的應用。

表2 傳輸距離及頻率信息數據

4 結束語

文中提出了一種基于單片機的簡易無線病房呼叫系統，并從硬件和軟件兩個方面介紹了系統的相關設計過程，并采用YL-100T芯片作無線收發模塊，實現了無線傳輸及床號信息的正確顯示[14]。該系統能夠實現醫院呼叫所需的一般功能，并且電路結構簡單，成本低廉，可靠性高，可作為新一代醫療無線呼叫系統的推廣[15]。該系統的擴展性強，可擴展病房、功能需求，集成便捷式終端等，具有很好的開發前景。

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[15]黃小娟，趙靜，王喬.病房無線呼叫系統的設計[J].世界產品與技術，2011（6）:53-56.

Experimental design of a portable intelligent medical nursing system

WANG Yi-fei，YIN Hong-fei，QI Lin，WANG Wei，SHEN Yu-hong，FANG Jian-dong
（College of Information Engineering，Inner Mongolia University of Technology，Huhhot 010051，China）

To replace the existing hospital ward cable system call，change the information transfer mode between rooms and nurses station， create a more clean， convenient and efficient medical environment，we designed a hospital ward wireless call system which microcontroller is the core controller.This design includes data collection ，research， software design， hardware structures， function analysis that contact the existing environment， testing， determine the function of the specific needs， and the demand of function between priority form.In this design， Microcontroller is the main control chip， YL-100T for wireless transmission module， in the process of communication， combined with the keyboard matrix，independent keys， LCD display， wireless communication and signal processing five parts to complete the design.Results:field test showed that in the wide area，the system can achieve 500m distortionless transmission and processing in the closed area （buildings）， the system can achieve 1-5 floats distortionlesstransmission， transmission frequency is433.0782Mhz， baud rate for4800Baud.Conclusion:the call system has high reliability， low cost， easy implementation and expansion， so it can be used in place of the existing medical ward calling system.

wireless communication； demand priority； signal processing； reliability

TN92

A

1674－6236（2017）12-0015-04

2016-05-26稿件編號：201605252

王伊飛（1995—），女，蒙古族，內蒙古赤峰人。研究方向：電子信息工程。