基于SC1128的病房呼叫系统 病房呼叫系统

　　[摘 要]本文首先阐述了基于SC1128的病房呼叫系统的基本组成以及一些相关的硬件设计和软件设计。然后,基于单片机多机通讯的基本概念,以SC1128扩频通信芯片为基础,辅以外围电路,设计了一个利用低压电力线传输数据的病房呼叫系统。该系统具有较广泛的实用意义,可应用于医院和远程医疗。
　　[关键词]电力线载波通讯 SC1128芯片 信息传输系统
　　[中图分类号]TP2[文献标识码]A[文章编号]1007-9416(2010)03-0017-02
　　
　　1 引言
　　病房呼叫系统由安装在医院医生(护士)值班室的报警装置和分别设置在病房、病床的呼叫单元组成,一旦病房内有入按呼叫按钮.值班室的报警装置发出声光报警信号.值班人员便可以立刻赶往病房处理紧急情况。传统的病房呼叫系统普遍采用有线式(如USB,RS-485等),布线安装烦琐,传输距离较短。近年来,随着通信技术的发展,人们在电力线载波通信方面作了大量的研究工作,采用电力线传输数据,传输距离较长,不需布线,只需插到插座上即可方便使用。此外,电力网是一个近乎天然、入户率绝对第一的物理网络,利用它实现数据通信,传递各种信息,不占用无线频道资源,亦无需铺设专用通讯线路,省工、省钱、维护简单、有着广阔的应用前景。随着电力线载波技术的发展,利用低压电力线作为传输媒质,采用扩频、数字编码、单片机控制等技术实现信息传输已成为可能。结合如上内容,本文介绍了运用电力线载波技术设计的传输系统。
　　2 信息传输系统硬件设计
　　2.1 系统组成与工作原理
　　病房呼叫系统由两部分组成,一部分是监测中央控制室即值班室的监测终端,作为上位系统(以下简称上位机),含DTE和上位DCE两部分,具体地,DCE主要由W78E58微控制器、SC1128扩频载波芯片、输出功率放大器、带通滤波器及前级放大器、耦合电路和USB、RS-232串口等组成,DTE为监控主机;另一部分为设置在各个病房内被监测现场的采集前端作为下位系统(以下简称下位机),同样包含DCE和下位DTE,具体地,下位DCE主要由W78E58微控制器、SC1128扩频载波芯片、输出功率放大器、带通滤波器及前级放大器、耦合电路、TL16C550串口扩展芯片、数字开关和RS-485串口等组成,下位DTE由普通单片机构成,联接传感器或调节控制部件。上位机与下位机之间通过电力线传输数据。 本文主要介绍的是由上位DCE和下位DCE组成的传输系统。
　　上位机系统较详细的结构如图1所示。上位DCE通过RS232或者USB接口与DTE电脑主机组成监控系统。上位机主要完成的任务是通过发送地址信息加控制命令来控制下位机进行传感器数据采集和数据传送。其过程如下:首先上位机发送地址信息,通过电力线传送到下位机上,然后转为接收状态等待接收下位机发送的地址信息,如果和发送的地址信息相同则发送控制命令控制下位机进行传感器数据采集,然后转为接收状态把由下位机通过电力线传送传输的传感器数据信息经过RS232或者USB接口与电脑主机相连,由计算机给出各传感数据的数据显示。上位机发送过程是微处理器W78E58根据SC1128同步脉冲端SYN(37脚)输出的同步脉冲产生的外部中断INT0将数据、控制指令或者地址信息传送至SC1128芯片,这些信息经过扩频载波芯片SC1128处理后从发射输出端(24脚)输出再通过功率放大器和耦合电路发送至电力线上。上位机接收过程是由把下位机传送到电力线上的传感器数据或地址信息经耦合电路耦合送往输入带通滤波及片外放大电路放大,由12脚进入扩频载波芯片SC1128做进一步处理, SC1128完成同步后由W78E58根据SC1128的同步脉冲SYN 产生的外部中断INT0进行信息接收。
　　下位机系统结构如图2所示。各下位机的主要任务是把传感器的数据通过电力线传送给上位机。其具体过程如下:下位DCE在接收到由上位机发送来的地址信息后,通过数字开关与各自的地址相比较,对于地址相符的下位机,使单片机的SM2=0,并回送该机地址信息给上位机,然后转为接收状态接收上位机核对无误后发送来的控制命令,下位机根据上位机发送来的控制信息将传感器数据发送给SC1128,数据经SC1128处理后通过功率放大器和耦合电路发送至电力线上。
　　2.2 扩频载波芯片SC1128模块
　　SC1128芯片是面向电力线通信市场而开发设计的专用扩频调制/解调器电路。由于采用了直接序列扩频、数字信号处理、直接数字频率合成等技术,因此在电力线通信方面具有较强的抗干扰及抗衰减性能。SC1128芯片内部集成了扩频/解扩、调制/解调、D/A和A/D转换、内置电子表、输出驱动、输入信号放大、看门狗、工作电压检测以及与单片机(MCU)串口通信等功能。 MCU对SC1128芯片的设置是通过CS(设置片选输入端) 、SETCLK(同步设置时钟输入端) 、L INE (设置数据及状态的输入/输出端)进行的。 其中, W78E58是通过口线P1. 7、P1. 6、P1. 5分别对应SC1128的CS 、SETCLK 、L INE, 以IC2总线形式完成对SC1128的初始化,以及在通信过程中根据通信环境的实际情况选择不同的捕获门限值及通信速率值,以达到比较好的通信效果。微处理器W78E58 对SC1128芯片发射或接收数据通过口线P1. 2、P3. 2、P1. 4,分别对应SC1128的SR、SYN、TX,与SC1128芯片进行数据交换,接收及发送相应的命令和数据,以完成上位机和下位机之间的通信任务。
　　3 软件结构
　　本系统的上位机采用查询命令方式,下位机采用中断方式。其过程如下:
　　(1)使所有下位DCE的SM2=1,处于准备接收一帧地址数据的状态;
　　(2)上位DCE设第9位数据为1,发送一帧地址信息,与所需的下位DCE进行联络;
　　(3)下位DCE接收到地址信息后,各自与自己的地址相比较,对于地址相符的下位DCE,使SM2=0,并回送本机地址,同时转为接收状态以接收上位DCE随后发来的所有信息,并根据信息完成数据的采集及其传送;对于地址不相符的下位DCE,仍保持SM2=1的状态,对上位DCE随后发来的数据不理睬,直至发来新的一帧地址信息;
　　(4)上位DCE发送控制命令与数据给被寻址的下位DCE。一帧数据的第9位置零,表示发送的是数据或控制指令,其中控制指令有01H-发送指令。02H-接收指令。
　　4 系统特点
　　4.1 硬件可扩展性较好
　　(1)上位DCE的RS232和USB接口方便了它与电脑组成监控系统。
　　(2)下位机的两个RS485接口可满足系统的多路需求。例如在医院病房内,需要采集大量参数,如:血压,心电,体温,点滴等。为了满足系统多路需求,下为DTE可利用CD4067模拟开关,由普通单片机控制,每个模拟开关有16路,其中15路用来控制采集模块,另一路接到RS485接口(具体可参照文献[3]),而下位DCE有2个RS485接口,由485接口的电器特性,每路可接32路485串口,则每个下位DCE最多可接960路生理参数采集模块,在实际运用中,如若不够,可在每个房间内多插几个下位DCE,这样该系统基本满足了多路需求。
　　4.2 软件的特点
　　在软件设计中,首先所有下位机的SM2=0,处于准备接受一帧地址数据的状态,只有下位DCE接收到的地址码与本机地址码一直时才会把传感器的数据通过电力线传送给上位机;若不一样,则不予响应。这样再结合模拟开关就能实现需要哪个参数就能得到哪个,真正实现了多路传送。同时用户可根据需要在与上位DCE相接的DTE上编写软件设置自己需要的界面,更好的对各参数进行显示。
　　5 结语
　　本系统具有可靠、简单、实用等特点,适合数据采集的任一场合使用,基于电力线载波的病房呼叫系统具有其优越性。
　　
　　[参考文献]
　　[1] SC1128扩频通信芯片应用设计手册,北京智源利和微电子技术有限公司,2003.
　　[2] 张振荣,晋明武,王毅平.MCS-51单片机原理与实用技术,北京:人民邮电出版社,2000.
　　[3] 孙勇,张金成.一种多路智能传感器信息采集系统,机电国际市场,2002,第三 期.
　　[4] 拢成光,李斌.基于扩频载波通信的远程传感系统,微处理机,2005,第6期,83-86.
　　[5] 邬春明,王艳茹.基于低压电力线载波技术的病房呼叫系统,电子技术应用,2005,第9期,60-63.
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