醫用有線呼叫器通信主機的設計

宋國清，董曉輝

（齊齊哈爾高等師范專科學校，黑龍江 齊齊哈爾 161000）

醫用有線呼叫器通信主機的設計

宋國清，董曉輝

（齊齊哈爾高等師范專科學校，黑龍江 齊齊哈爾 161000）

文章通過單片機設計一種智能設備，用于住院患者在出現緊急情況或護理要求時，可以使用醫用呼叫器直接與護士站的工作人員進行情況反映，實現醫護人員在接收到呼叫信號后與患者進行雙向語音對講，及時對患者的需求做出應答。

智能設備；多路模擬；語音選頻

住院患者在出現緊急情況或護理要求時，可以使用醫用呼叫器直接與護士站的工作人員進行情況反映。醫護人員在接收到呼叫信號后，與患者進行雙向語音對講，及時對患者的需求做出應答。使用呼叫器，不但減輕了醫護人員的工作強度，同時維護了醫院的良好秩序[1]。目前，醫用呼叫器主要包括呼叫主機、呼叫分機、電子顯示屏和緊急呼叫按鈕，現將一經過實際應用的呼叫主機的硬件設計方案進行詳細說明。

1 呼叫器系統

呼叫器系統主要組成框如圖1所示。

圖1 呼叫器系統主要組成框

2 雙音多頻檢測電路

雙音多頻檢測電路如圖2所示。雙音多頻檢測采用了MT8870音調譯碼器，使用該芯片接收從電話機撥碼盤電路輸出的DTMF信號并進行解碼，通過4路Q1-Q4管腳進行二進制形式的編碼輸出，從而可以識別總共16個編碼信號。呼叫器主機CPU接收到輸入的編碼信號，在CPU中對信號進行識別，將編碼數字輸出到液晶顯示屏，該編碼數字可以對應分機號，從而可以對指定的分機進行呼叫[2]。

3 音頻功放和提示音樂播放

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聲器，可以輸出較大的功率。該芯片內部包含兩個運算放大器，其中第二級放大電路的增益是固定的，第一級放大電路的增益可以通過外接的兩個電阻進行調節，進而可以靈活設置放大器的增益。該芯片是深圳矽源特科技有限公司，相對于國外同類型芯片價格較低，失真度不超過10%，比較適合應用在呼叫器等語音設備。設計中使用該芯片驅動呼叫器主機揚聲器分時播放分機呼叫提示音樂或背景廣播音樂。此外，該芯片還連接了呼叫器主機CPU的PWM語音輸出信號接口，可以有選擇地將CPU中以PWM方式存儲的語音格式的信號放大輸出。提示音樂電路采用了WT588D語音模塊，該模塊包含一塊可以進行多次燒錄的語音單片機芯片WT588D，該模塊采用一線串口和呼叫器主機進行數據通信，接線簡單。呼叫器主機可以對燒錄在WT588D語音模塊的多條語音進行選擇播放，區分主機振鈴音樂。可以對分機按照白班和夜班控制不同的輸出音量[3]。

圖2 雙音多頻檢測電路

4 多路模擬開關電路

模擬開關采用了CD4066BM，具有4路雙向的模擬開關，通過對模擬開關各個輸入輸出之間的互聯，實現了多路信號分時使用模擬通道進行數據傳輸。

（1）使用CD4066BM可以將WT588D語音模塊中的語音同時傳輸到當地揚聲器以及呼叫器分機對應的運放電路，經過運放放大后的語音信號通過雙絞線傳輸到遠端呼叫器分機，從而使呼叫器分機播放在主機編制的呼叫音樂。

（2）使用CD4066BM在不播放音樂時可以接收外接的音頻信號，該音頻信號通過模擬開關將音頻發送到呼叫器分機對應的運放電路，經過運放放大后的語音信號通過雙絞線傳輸到遠端呼叫器分機，從而使呼叫器分機接收并播放外接的音頻信號。

可以將話機輸出的通話信號經過電話芯片FM106處理輸出后，將通話信號發送到呼叫器分機對應的運放電路，經過運放放大后的語音信號通過雙絞線傳輸到遠端呼叫器分機，從而使呼叫器分機播放電話機發出的通話信號[4]。

5 帶撥號接口的低電壓電話機通話電路

外部電話機通過呼叫器主機進行電源供電，電話機的連接線經過接口，與帶撥號接口的低電壓電話機通話電路芯片FM1062A進行連接，在連接處設計了電話機摘機電路，呼叫器主機CPU可以通過檢測電話機摘機電路輸出的信號獲取電話機的工作狀態。FM1062A是雙極性集成電路芯片，該芯片具有和電話機的連接接口并且能完成電話機中的各種語音功能。該芯片可以對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時繼續進行工作，可以進行多個電話機的并聯使用。FM1062A是上海復旦微電子有限公司生產的一款芯片，相對于國外同類型芯片價格較低，可以替代VG1062和TEA1602等芯片。電話機輸出的語音信號接入到FM1062A經過處理后連接到了多路模擬芯片進行輸出，遠端呼叫器分機進過連接線路發送來的語音信號經過放大后連接到了FM1062A，經過處理后發送給電話機。通過該帶撥號接口的低電壓電話機通話電路芯片，呼叫器主機借助于電話，可以與遠端的呼叫器分機進行雙向對講和通話，及時了解患者情況和患者的請求。

6 語音選頻電路

LM567為通用鎖相環電路音調譯碼器，當輸入信號存在于由LM567外圍原件電路設置的通帶內時，LM567的輸出管腳提供晶體管飽和導通的對地導通通路，該開關信號通過外接三極管和CPU的輸入端口連接，從而可以檢測選頻范圍內的音頻信號。此外，使用LM567可做精密的音調控制開關。芯片內部電路由I與Q檢波器構成，由電壓控制振蕩器驅動振蕩器確定譯碼器中心頻率。用外接元件獨立設定中心頻率帶寬和輸出延遲。LM567外圍選頻電路采用電容、電阻和可調電位器組成，通過電容和電阻可以計算出中心頻率，檢測頻率的帶寬是中心頻率的百分數，結合輸入的電壓范圍就可以確定具體的帶寬范圍。使用可調電位器進行語音選頻設計，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算放大器LM324，該語音信號對運放的速度和電壓輸出范圍等要求不高，此外該運放價格較低。運算放大器的電源采用TL431基準電壓源實現。該基準源有較大的電壓輸入范圍、較大的輸出電流，此外，可以通過外接電阻調節輸出電壓，是非常理想的基準源。使用TL431為運放單獨供電，有效地防止了外部干擾噪聲通過電源干擾運放音頻信號。音頻放大電路接收呼叫器分機發送來的語音信號，進行放大后輸出到帶撥號接口的低電壓電話機通話電路芯片進行接收。同時接收多路模擬芯片發送來的信號進行放大后輸出到分機連接接口，從而可以呼叫分機。

圖3 音頻放大電路

[1] 倫志新，王蕾.基于LabVIEW和Multism的病床呼叫器的設計與實現[J].唐山學院學報，2013（3）：71-74.

[2] 李陽軍，彭僑，楊潔，等.病房呼叫器的設計與研究[J].品牌，2015（5）：168-169.

[3] 湯拓.數字電子技術—病房呼叫器的設計方法[J].通訊世界，2015（3）：183.

[4] 湯兆龍.基于Zigbee的病床呼叫和輸液監控系統的設計[J].湖北科技學院學報，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

宋國清（1979— ），男，河北藁城人，講師，碩士；研究方向：嵌入式應用開發。